Механіка
Куля на похилій площині
Спостерігайте, як куля розганяється, котячись вниз по схилу.
Куля на похилій площині — інтерактивне моделювання: Механіка. Спостерігайте, як куля розганяється, котячись вниз по схилу. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.
Гравітація вздовж схилу
На похилій площині без тертя гравітація тягне кулю вздовж схилу. Прискорює кулю лише складова, паралельна площині.
Гравітація діє точно вниз. На нахиленій поверхні її розкладають на складові: паралельну площині (що спричиняє прискорення) та перпендикулярну (зрівноважену силою нормального тиску). Саме тому куля скочується з гори, хоча гравітація завжди вказує вниз.
- F∥ = mg sin θ
- a = g sin θ (без тертя)
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
Важча й легша кулі відпущено з місця з однієї висоти на похилій площині без тертя. Яка з них досягне низу швидше?
Прогнози для зважування
- Важча куля досягає низу швидше.
- Обидві кулі досягають низу з однаковою швидкістю.
- Легша куля досягає низу швидше.
Ролі змінних
Що ви задаєте:
- Маса (kg)
- Кут нахилу (°)
- Висота спуску (m)
Що ви вимірюєте:
- Гравітаційна PE (J)
- Швидкість внизу (m/s)
Як проходить дослідження
- Відкрийте пресет «Куля на похилій площині». Запишіть кут нахилу, масу кулі та її початкову висоту над основою площини.
- Задайте масу кулі та кут площини на панелі властивостей для цього заміру і запишіть вертикальну початкову висоту кулі над основою.
- Запустіть моделювання та запишіть показ швидкості кулі (датчик) у момент, коли вона досягає низу площини.
Керівне рівняння
Гравітаційна потенціальна енергія — PE = m·g·h
Висота кулі над основою площини запасає гравітаційну PE до відпускання — це енергетичний бюджет, що перетворюється на рух під час скочування.
Кінетична енергія — KE = ½·m·v²
На площині без тертя вся початкова PE перетворюється на KE до моменту, коли куля досягає низу, — саме це й фіксує її кінцеву швидкість.
Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити
- Для кожного рядка обчисліть 1/2 m v^2 зі виміряною швидкістю внизу. Порівняйте з колонкою «Гравітаційна PE». Що ви помічаєте?
- Ваші три заміри мають різні кути нахилу. Чи змінює сам кут, за тієї самої початкової висоти, кінцеву швидкість? Використайте закон збереження енергії, щоб пояснити.
Де це трапляється за межами лабораторії
- Колонка «Гравітаційна PE» залежить від маси, а виміряна кінцева швидкість — ні. Поясніть, чому важча куля не досягає низу швидше за легшу на площині без тертя.
- Справжня площина має певне тертя, і справжня куля, що котиться, витрачає частину енергії на розкрутку. Чи очікуєте ви, що кінцева швидкість реальної кулі буде вищою чи нижчою за прогноз без тертя? Чому?
- 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 — Force, mass, and motion
- Прогноз: чи має значення маса?
- Змініть: подвоїте масу кулі
- Запустіть: зафіксуйте два заміри
- Прочитайте графік
- Поясніть: несподіваний результат
Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.
Відкрити інтерактивну лабораторію →
Завантажити лабораторний аркуш →