Düzgün Dairesel Hareket ve Merkezcil Kuvvet
1 · Tahmin Et
Bir çubuğun üzerindeki top sabit bir merkezi pivotun etrafında sabit hızla dönmektedir. Yarıçapı aynı tutarken topun yörünge hızını artırırsanız, bir tam tur (periyot) için gereken süre uzar mı, kısalır mı, yoksa aynı mı kalır?
- Süre uzar (tur başına daha fazla zaman alır).
- Dönem aynı kalır (hız, süreyi etkilemez).
- Süre kısalır (tur başına daha az zaman alır).
2 · Kurulum
- Dairesel Hareket ön ayarını açın. Çubuğun uzunluğunu (yörünge yarıçapını) ve topun kütlesini not edin ve yer çekiminin kapalı olduğunu doğrulayın; yolu eğen kuvveti yalnızca çubuk sağlar.
- Hız probunun topa bağlı olduğunu doğrulayın ve topun üzerine bir Zamanlayıcı bırakın, böylece bir tam devrimi zamanlayabilirsiniz.
- Aşağıdaki her deneme için topun kütlesini, çubuğun uzunluğunu (yarıçapı) ve başlangıçtaki teğetsel hızını ayarlayın, ardından Oynat'a basın ve bir tam tur zamanlayın.
3 · Veri Toplayın
| Kütle m (kg) | Yarıçap r (m) | Yörünge hızı v (m/s) | Merkezcil kuvvet F = mv²/r (N) | T Dönemi (1 tur) (s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 2.00 | 3.00 | ||
| 1.00 | 3.00 | 4.00 | ||
| 2.00 | 2.50 | 5.00 |
Üç denemeniz için T periyodunun (y ekseni) r/v (x ekseni) ile grafiğini çizin. Çizginin şeklini açıklayın.
4 · Analiz et
- Bir deneme için, ayarladığınız yarıçap ve hızdan (T = 2πr/v) periyodu hesaplayan çalışmanızı gösterin ve bunu Sim'deki Zamanlayıcı okumasıyla karşılaştırın.
- Üç denemenizde sabit bir yarıçapta hızı artırmak periyodu nasıl değiştirir? Yarıçapı sabit bir hızda arttırmak periyodu nasıl değiştirir? Her ikisini de T = 2πr/v kullanarak açıklayın.
5 · Uzat
- Bu ön ayar yerçekimini kapatarak hareketin gerçekten tek biçimli olmasını sağlar. Yer çekimi tekrar devreye girseydi ve çubuk hala yatay bir daire çiziyor olsaydı, topun hızı tüm tur boyunca sabit kalır mıydı? Neden ya da neden olmasın?
- Yörüngede dönen gerçek bir nesne (elle sallanan bir ipin üzerindeki top gibi), hava direncinden ve her turda kendi ekseni etrafında dönmesinden dolayı bir miktar enerji kaybeder. Ölçülen periyodunun birçok tur boyunca tamamen sabit kalmasını mı yoksa kaymasını mı beklersiniz - ve hangi yönde?
Bu Deneyin Arkasındaki Fizik
Merkezcil Kuvvet
Topun düz bir çizgi yerine daire şeklinde hareket etmesini sağlamak için çubuğun sağlaması gereken içe doğru kuvvet. Bu, topun kütlesine, (sabit) yörünge hızına ve dairenin yarıçapına bağlıdır; bu, her denemenin ayarlarında çubukta hissedeceğiniz gerilimdir.