Механіка

Вільне падіння

Спостерігайте, як усі маси падають однаково під дією гравітації.

Вільне падіння — інтерактивне моделювання: Механіка. Спостерігайте, як усі маси падають однаково під дією гравітації. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Вільне падіння

В однорідній гравітації без опору повітря всі тіла падають з однаковим прискоренням g незалежно від маси.

Інсайт Галілея: маса скорочується у F = ma, коли єдина сила — вага. Легкі та важкі тіла, відпущені разом, ударяються об землю разом у цій ідеалізованій сцені.

• y = y₀ + v₀t + ½gt²
• a = g (однаково для всіх мас)

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

Упустіть легку, середню та важку кулі з однієї висоти водночас. Яка вдариться об землю першою?

Прогнози для зважування

• Важча куля падає швидше та приземляється першою.
• Усі три падають однаково та приземляються разом.
• Легша куля падає швидше та приземляється першою.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Маса (kg)
• Минулий час (s)

Що ви вимірюєте:

• Швидкість падіння (m/s)
• Імпульс (kg·m/s)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет вільного падіння. Ви маєте побачити три кулі різних розмірів, вирівняні на одній висоті.
2. Прикріпіть датчик висоти до середньої кулі та переконайтеся, що всі три кулі стартують з однієї y-позиції.
3. Запустіть моделювання та за секундоміром/лічильником кадрів виміряйте час падіння кожної кулі.

Керівне рівняння

Імпульс — p = m·v

Хоча всі три кулі мають однакову швидкість падіння в даний момент, їхні імпульси різні, бо імпульс масштабується з масою — ось чому важча куля завдасть більшої шкоди при ударі, хоча падає не швидше.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Порівняйте швидкості падіння легкої, середньої та важкої куль в один і той самий момент. Що ви помічаєте?
• За своїми даними обчисліть прискорення (Δшвидкість / Δчас) для кожної кулі. Як воно порівнюється з g = 9.8 м/с²?

Де це трапляється за межами лабораторії

• Перо й кегля для боулінгу, упущені в справжньому повітрі, НЕ приземляються разом. Яка сила, відсутня в цьому ідеалізованому моделюванні, спричиняє цю різницю?
• Астронавти на Місяці впустили молоток і перо — і вони приземлилися разом. Поясніть, чому Місяць краще за Землю підходить для цієї демонстрації зі справжніми предметами.

• AP Physics 1 — Unit 1: Kinematics
• AP Physics C: Mechanics — Unit 1: Kinematics
• IB Physics — A.1 Kinematics
• General High School Physics — Motion & kinematics
• NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
• Middle School Physical Science — Stored (potential) energy
• Middle School Physical Science — Energy in, energy out

1. Що приземлиться першим?
2. Перевірте масу
3. Зафіксуйте падіння
4. Прочитайте графік
5. Поясніть свої докази

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

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Вільне падіння та рух кинутого тіла