การเคลื่อนที่แนววงกลมสม่ำเสมอและแรงสู่ศูนย์กลาง

1 · ทำนาย

ลูกบอลบนแท่งโคจรรอบจุดหมุนกลางที่ตรึงอยู่ด้วยอัตราเร็วคงที่ ถ้าเพิ่มอัตราเร็วโคจรของลูกบอลโดยคงรัศมีเดิม เวลาหนึ่งรอบเต็ม (คาบ) จะนานขึ้น สั้นลง หรือคงเดิม

• คาบนานขึ้น (ใช้เวลามากขึ้นต่อรอบ)
• คาบคงเดิม (อัตราเร็วไม่กระทบคาบ)
• คาบสั้นลง (ใช้เวลาน้อยลงต่อรอบ)

2 · จัดเตรียม

1. เปิดค่าที่ตั้งไว้ Circular Motion สังเกตความยาวแท่ง (รัศมีโคจร) และมวลลูกบอล และตรวจว่าความโน้มถ่วงปิดอยู่ — แท่งเพียงลำพังจ่ายแรงที่โค้งเส้นทาง
2. ตรวจว่าโพรบวัดอัตราเร็วติดกับลูกบอลแล้ว และวางตัวจับเวลาบนลูกบอลเพื่อจับเวลาหนึ่งรอบเต็ม
3. สำหรับรอบข้างล่างแต่ละรอบ ตั้งมวลลูกบอล ความยาวแท่ง (รัศมี) และอัตราเร็วสัมผัสเริ่มต้น แล้วกดเล่นและจับเวลาหนึ่งรอบเต็ม

3 · เก็บข้อมูล

เขียนกราฟคาบ T (แกน y) กับ r/v (แกน x) จากสามรอบการทดลอง อธิบายรูปร่างของเส้น

4 · วิเคราะห์

1. สำหรับหนึ่งรอบ จงแสดงวิธีคำนวณคาบจากรัศมีและความเร็วที่ตั้งไว้ (T = 2πr/v) แล้วเปรียบเทียบกับค่าที่ตัวจับเวลาในการจำลองแสดง
2. จากทั้งสามรอบ เมื่อเพิ่มความเร็วที่รัศมีคงที่ คาบเปลี่ยนอย่างไร และเมื่อเพิ่มรัศมีที่ความเร็วคงที่ คาบเปลี่ยนอย่างไร จงอธิบายทั้งสองกรณีด้วย T = 2πr/v

5 · ต่อยอด

1. ค่าที่ตั้งไว้นี้ปิดความโน้มถ่วงเพื่อให้การเคลื่อนที่สม่ำเสมอจริง ถ้าเปิดความโน้มถ่วงกลับและแท่งยังวาดวงกลมแนวราบ อัตราเร็วของลูกบอลจะคงที่ตลอดรอบหรือไม่ เพราะเหตุใด
2. วัตถุโคจรจริง (เช่นลูกบอลถูกกลิ้งด้วยเชือก) สูญเสียพลังงานเล็กน้อยให้แรงต้านอากาศและจุดหมุนในแต่ละรอบ คุณคาดว่าคาบที่วัดได้จะคงที่สมบูรณ์ตลอดหลายรอบ หรือค่อย ๆ เลื่อน — ไปทางใด

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

← กลับไปการทดลอง