Механіка

Куля, що відскакує

Спостерігайте, як кожен відскок стає трохи нижчим через втрату енергії.

Куля, що відскакує — інтерактивне моделювання: Механіка. Спостерігайте, як кожен відскок стає трохи нижчим через втрату енергії. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Втрата енергії при відскоках

Куля, що відскакує, втрачає механічну енергію на кожному ударі, коли коефіцієнт відновлення менший за 1. Кожен відскок сягає нижчої висоти.

Кінетична енергія перетворюється на потенціальну на вершині кожного відскоку, але зіткнення з підлогою непружне. Коефіцієнт відновлення нижче 1 означає, що куля залишає підлогу повільнішою, ніж прилетіла, тож пікова висота зменшується кожен цикл.

• KE + PE = E (зменшується з кожним відскоком)
• Коефіцієнт відновлення e < 1

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Коли кулю впускають і вона відскакує від підлоги, чи піднімається вона на ту саму висоту, з якої впала, на вищу чи на нижчу?

Прогнози для зважування

• Вона відскакує на ту саму висоту (енергія не втрачається).
• Вона відскакує вище за висоту падіння.
• Вона відскакує нижче за висоту падіння (частина енергії втрачається).

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Маса (kg)
• Висота падіння (m)

Що ви вимірюєте:

• Гравітаційна PE (J)
• Висота відскоку (1-й удар) (m)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет «Куля, що відскакує». Запишіть початкову висоту кулі над підлогою та її масу.
2. Переконайтеся, що датчик висоти прикріплений до кулі — він повідомляє висоту кулі над підлогою в метрах.
3. Запустіть моделювання й дозвольте кулі впасти та відскочити. Поставте паузу на вершині першого відскоку та запишіть досягнуту пікову висоту.

Керівне рівняння

Гравітаційна потенціальна енергія — PE = m·g·h

Енергія, запасена у висоті кулі над підлогою безпосередньо перед відпусканням, — це енергетичний бюджет, доступний для перетворення на кінетичну енергію під час падіння і, після удару, знову на висоту.

Кінетична енергія — KE = ½·m·v²

Енергія руху кулі. Безпосередньо перед ударом майже вся PE падіння перетворилася на KE; удар повертає лише частку цієї KE — ось чому відскок нижчий за висоту падіння.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для кожного рядка розділіть висоту відскоку на висоту падіння. Що ви помічаєте у цьому відношенні для трьох замірів?
• Коефіцієнт відновлення кулі — 0.8. Піднесіть це значення в квадрат і порівняйте з обчисленим вище відношенням. Який зв'язок ви знаходите?

Де це трапляється за межами лабораторії

• Якщо знайдене відношення висот лишається сталим удар за ударом, передбачте пікову висоту *другого* відскоку для першого заміру. Скільки ударів знадобиться, поки пікова висота впаде нижче 1 см?
• Справжня куля на кожному ударі також втрачає трохи енергії на опір повітря та звук. Чи очікуєте ви, що висоти відскоків справжньої кулі спадатимуть швидше чи повільніше за знайдений тут ідеалізований закон e²?

• AP Physics 1 — Unit 3: Work, Energy, and Power
• AP Physics C: Mechanics — Unit 3: Work, Energy, and Power
• IB Physics — A.3 Work, energy and power
• General High School Physics — Work, energy & power
• NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
• Middle School Physical Science — Newton's third law and collisions
• Middle School Physical Science — Kinetic energy
• Middle School Physical Science — Energy in, energy out

1. Вітаємо у відскакуючій кулі
2. Виберіть кулю
3. Натисніть «Запустити»
4. Затухаючі відскоки
5. Відкрийте дані
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Закон збереження енергії