Механіка
Коловий рух
Куля рухається орбітою зі сталою радіус-відстанню: натяг стрижня є доцентровою силою (F = m·v²/r), завжди спрямованою до центра. Покладіть секундомір на кулю, щоб зчитати орбітальний період.
Коловий рух — інтерактивне моделювання: Механіка. Куля рухається орбітою зі сталою радіус-відстанню: натяг стрижня є доцентровою силою (F = m·v²/r), завжди спрямованою до центра. Покладіть секундомір на кулю, щоб зчитати орбітальний період. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.
Рівномірний коловий рух
Тіло на колі зі сталою швидкістю все одно прискорюється до центру, бо напрям швидкості безперервно змінюється.
Доцентрове прискорення вказує всередину, навіть коли швидкість стала. Для кулі на стрижні саме стрижень дає доцентрову силу, що вигинає траєкторію в коло.
- a_c = v²/r
- F_c = mv²/r
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
Куля на стрижні обертається навколо нерухомої центральної осі зі сталою швидкістю. Якщо збільшити орбітальну швидкість кулі при тій самій радіус-відстані, час повного кола (період) стане довшим, коротшим чи тим самим?
Прогнози для зважування
- Період стає довшим (більше часу на коло).
- Період лишається тим самим (швидкість не впливає на період).
- Період стає коротшим (менше часу на коло).
Ролі змінних
Що ви задаєте:
- Маса m (kg)
- Радіус r (m)
- Орбітальна швидкість v (m/s)
Що ви вимірюєте:
- Доцентрова сила F = mv²/r (N)
- Період T (1 оберт) (s)
Як проходить дослідження
- Відкрийте пресет «Коловий рух». Запишіть довжину стрижня (радіус орбіти) та масу кулі й переконайтеся, що гравітація вимкнена — лише стрижень дає силу, що викривляє траєкторію.
- Переконайтеся, що датчик швидкості прикріплений до кулі, і покладіть секундомір на кулю, щоб виміряти один повний оберт.
- Для кожного заміру нижче задайте масу кулі, довжину стрижня (радіус) та початкову дотичну швидкість, потім натисніть «Запустити» і виміряйте один повний оберт.
Керівне рівняння
Доцентрова сила — F = m·v² / r
Внутрішня сила, яку мусить давати стрижень, щоб куля рухалася колом, а не прямою. Вона залежить від маси кулі, її (сталої) орбітальної швидкості та радіуса кола — це той натяг, який ви відчули б у стрижні при параметрах кожного заміру.
Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити
- Для одного заміру покажіть обчислення періоду із заданих радіуса та швидкості (T = 2πr/v) і порівняйте з показом секундоміра в моделюванні.
- У ваших трьох замірах як змінює період зростання швидкості при фіксованому радіусі? А зростання радіуса при фіксованій швидкості? Поясніть обидва випадки через T = 2πr/v.
Де це трапляється за межами лабораторії
- Цей пресет вимикає гравітацію, щоб рух був справді рівномірним. Якби гравітацію увімкнули, а стрижень усе ще креслив горизонтальне коло, чи лишилася б швидкість кулі сталою протягом усього кола? Чому так чи ні?
- Справжнє тіло на орбіті (як куля на мотузці, яку крутять рукою) втрачає трохи енергії на опір повітря та вісь кожне коло. Ви очікуєте, що виміряний період залишиться досконало сталим протягом багатьох кіл, чи дрейфуватиме — і в який бік?
- AP Physics 1 — Unit 6: Energy and Momentum of Rotating Systems
- AP Physics C: Mechanics — Unit 2: Force and Translational Dynamics
- IB Physics — A.4 Rigid body mechanics
- General High School Physics — Rotation, gravitation & orbits
- NGSS High School Physics — Gravitational and electrostatic forces
- Вітаємо в коловому русі
- Виберіть кулю
- Натисніть «Запустити»
- Постійний поворот
- Відкрийте дані
- 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 →