Zıplayan Top: Çarpma Halinde Enerji Kaybı
1 · Tahmin Et
Bir top düşürülüp yerden sektiğinde, bırakıldığı yüksekliğe mi, daha yüksek bir yüksekliğe mi yoksa daha düşük bir yüksekliğe mi geri dönüyor?
- Aynı yüksekliğe geri döner (enerji kaybı olmaz).
- Düşme yüksekliğinden daha yükseğe geri döner.
- Düşme yüksekliğinden daha aşağıya geri döner (bir miktar enerji kaybolur).
2 · Kurulum
- Zıplayan Top ön ayarını açın. Topun yerden başlangıç yüksekliğine ve kütlesine dikkat edin.
- Yükseklik sondasının topa takılı olduğunu doğrulayın; topun yerden yüksekliğini metre cinsinden bildirir.
- Simülasyonu çalıştırın ve topun düşmesine ve sıçramasına izin verin. İlk geri tepmenin zirvesinde duraklayın ve ulaşılan zirve yüksekliğini kaydedin.
3 · Veri Toplayın
| Kütle (kg) | Düşme Yüksekliği (m) | Yerçekimi PE (J) | Geri Tepme Yüksekliği (1. sıçrama) (m) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.50 | ||
| 1.00 | 2.00 | ||
| 1.50 | 2.50 |
Üç denemeniz için geri tepme yüksekliğinin (y ekseni) düşme yüksekliğine (x ekseni) grafiğini çizin. Çizginin şeklini açıklayın.
4 · Analiz et
- Her sıra için geri tepme yüksekliğini düşme yüksekliğine bölün. Üç denemenizde bu oran hakkında ne fark ettiniz?
- Topun iadesi 0,8'dir. Bu değerin karesini alın ve yukarıda hesapladığınız oranla karşılaştırın. Nasıl bir ilişki buluyorsunuz?
5 · Uzat
- Bulduğunuz yükseklik oranı sıçramadan sonra sabit kalıyorsa, ilk denemeniz için *ikinci* geri sıçramanın en yüksek yüksekliğini tahmin edin. Tepe yüksekliğinin 1 cm'nin altına düşmesi için kaç sıçrama gerekir?
- Gerçek bir düşen top, her zıplamada hava direnci ve ses nedeniyle bir miktar enerji kaybeder. Gerçek bir topun geri tepme yüksekliğinin, burada bulduğunuz ideal e² modelinden daha hızlı mı yoksa daha yavaş mı düşmesini beklersiniz?
Bu Deneyin Arkasındaki Fizik
Yerçekimi Potansiyel Enerjisi
Topun serbest bırakılmadan hemen önce yerden yüksekliğinde depolanan enerji; bu, düşme sırasında kinetik enerjiye ve sıçrama sonrasında tekrar yüksekliğe dönüşmek için mevcut olan enerji bütçesidir.
Kinetik Enerji
Topun hareketinin enerjisi. Çarpmadan hemen önce, aslında düşmenin PE'sinin tamamı KE'ye dönüştü; sıçrama daha sonra bu KE'nin yalnızca bir kısmını geri getirir, bu nedenle geri tepme düşme yüksekliğinin altında kalır.