ตกบนดวงจันทร์ มวลเปลี่ยนอัตราเร็วการตกอิสระหรือไม่

1 · ทำนาย

บนดวงจันทร์ ลูก 1 kg กับ 6 kg ถูกปล่อยพร้อมกันจากความสูงเดียวกันในสุญญากาศไร้แรงต้านอากาศ ลูกใดเร่งเร็วกว่าขณะตก

2 · จัดเตรียม

  1. เปิดพรีเซ็ท Moon Drop สังเกตลูกบอลสองลูก ลูกเบา (1 kg) กับลูกหนัก (6 kg) ซึ่งปล่อยพร้อมกันภายใต้แรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ (g = 1.6 m/s²)
  2. เลือกลูกบอลทีละลูกและตั้งมวลในแผงคุณสมบัติให้ตรงคอลัมน์มวลของตารางข้อมูลข้างล่างก่อนแต่ละรอบ
  3. ปล่อยลูกทั้งสอง หยุดแบบจำลองที่เวลาที่ระบุในคอลัมน์เวลา แล้วอ่านความเร็วลง (vy) ของลูกจากโพรบ

3 · เก็บข้อมูล

มวล (m) (kg)เวลาที่ผ่านไป (t) (s)ความเร็ว (vy) (m/s)โมเมนตัม (p) (kg·m/s)
1.001.00
6.001.00
6.002.00

พล็อต vy (แกน y) กับมวล (แกน x) จากแถว 1 และ 2 แล้วพล็อต vy กับเวลาจากแถว 2 และ 3 แต่ละกราฟเป็นรูปอะไร และบอกอะไรเกี่ยวกับการตกอิสระบนดวงจันทร์

4 · วิเคราะห์

  1. ใช้ค่า vy และมวลที่บันทึกไว้ คำนวณโมเมนตัม p = mv ของแต่ละแถว จงแสดงวิธีทำ
  2. เทียบแถว 1 กับ 2 (เวลาเดียวกัน มวลต่างกัน) และแถว 2 กับ 3 (มวลเดียวกัน เวลาต่างกัน) แต่ละเปรียบเทียบบอกอะไรเกี่ยวกับการขึ้นกับมวลเทียบกับเวลาของความเร็ว

5 · ต่อยอด

  1. จงอธิบายด้วย F = ma และน้ำหนัก = mg ว่าทำไมลูกบอลที่หนักกว่าจึงไม่ตกเร็วกว่าบนดวงจันทร์ ทั้งที่แรงโน้มถ่วงดึงมันด้วยแรงที่มากกว่า
  2. ถ้าทำการทดลองเดียวกันบนโลกโดยปล่อยขนนกกับลูกโบว์ลิงผ่านอากาศ ตารางข้อมูลของคุณจะหน้าตาเหมือนเดิมหรือไม่ เพราะเหตุใด

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

โมเมนตัม

โมเมนตัม p = mv รวมมวลและความเร็วของวัตถุไว้ในปริมาณเดียว แม้ลูกบอลเบากับหนักจะตกด้วยความเร็วเท่ากัน ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง ลูกที่หนักกว่าก็มีโมเมนตัมมากกว่ามาก

พลังงานจลน์

KE = ½mv² เพิ่มขึ้นตามกำลังสองของความเร็วและตามมวลโดยตรง ลูกบอลสองลูกที่กระทบพื้นด้วยความเร็วเท่ากันจึงมีพลังงานจลน์ต่างกันมากหากมวลต่างกัน

← กลับไปการทดลอง