Куля, що відскакує: втрата енергії при ударі
1 · Прогноз
Коли кулю впускають і вона відскакує від підлоги, чи піднімається вона на ту саму висоту, з якої впала, на вищу чи на нижчу?
- Вона відскакує на ту саму висоту (енергія не втрачається).
- Вона відскакує вище за висоту падіння.
- Вона відскакує нижче за висоту падіння (частина енергії втрачається).
2 · Установка
- Відкрийте пресет «Куля, що відскакує». Запишіть початкову висоту кулі над підлогою та її масу.
- Переконайтеся, що датчик висоти прикріплений до кулі — він повідомляє висоту кулі над підлогою в метрах.
- Запустіть моделювання й дозвольте кулі впасти та відскочити. Поставте паузу на вершині першого відскоку та запишіть досягнуту пікову висоту.
3 · Збір даних
| Маса (kg) | Висота падіння (m) | Гравітаційна PE (J) | Висота відскоку (1-й удар) (m) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.50 | ||
| 1.00 | 2.00 | ||
| 1.50 | 2.50 |
Побудуйте графік висоти відскоку (вісь y) проти висоти падіння (вісь x) для трьох замірів. Опишіть форму лінії.
4 · Аналіз
- 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?
5 · Поглиблення
- 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?
Фізика цього експерименту
Гравітаційна потенціальна енергія
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
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.