Падіння на Місяці: чи змінює маса швидкість вільного падіння?
1 · Прогноз
На Місяці куля 1 кг і куля 6 кг відпущені разом з однієї висоти у вакуумі без опору повітря. Яка розганяється швидше під час падіння?
- Важча (6 кг) куля розганяється швидше
- Обидві кулі розганяються точно однаково
- Легша (1 кг) куля розганяється швидше
2 · Установка
- Відкрийте пресет «Падіння на Місяці». Запишіть дві кулі: легку (1 кг) і важку (6 кг), відпущені разом під місячною гравітацією (g = 1.6 м/с²).
- Виберіть кожну кулю по черзі та задайте її масу на панелі властивостей відповідно до колонки «Маса» таблиці даних нижче перед кожним запуском.
- Відпустіть обидві кулі, поставте паузу на вказаний у колонці «Час» момент і зчитайте низхідну швидкість (vy) кулі з датчика.
3 · Збір даних
| Маса (m) (kg) | Минулий час (t) (s) | Швидкість (vy) (m/s) | Імпульс (p) (kg·m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.00 | ||
| 6.00 | 1.00 | ||
| 6.00 | 2.00 |
Побудуйте графік vy (вісь y) проти маси (вісь x) за рядками 1 і 2. Потім vy проти часу за рядками 2 і 3. Яку форму має кожен графік і що він каже про вільне падіння на Місяці?
4 · Аналіз
- Використовуючи записані значення vy та маси, обчисліть імпульс p = mv для кожного рядка. Покажіть обчислення.
- Порівняйте рядки 1 і 2 (однаковий час, різна маса) та рядки 2 і 3 (однакова маса, різний час). Що каже кожне порівняння про залежність швидкості від маси проти часу?
5 · Поглиблення
- Поясніть, використовуючи F = ma та вагу = mg, чому важча куля не падає швидше на Місяці — хоча гравітація тягне її з більшою силою.
- Якби цей самий експеримент провели на Землі, упустивши перо й кеглю крізь повітря, ваша таблиця даних виглядала б так само? Чому так чи ні?
Фізика цього експерименту
Імпульс
Імпульс p = mv поєднує масу та швидкість тіла в одну величину — хоча легка й важча кулі мають однакову швидкість падіння в даний момент, важча несе значно більший імпульс.
Кінетична енергія
KE = ½mv² зростає як квадрат швидкості та лінійно з масою — тож дві кулі, що вдаряються об землю з однаковою швидкістю, несуть дуже різні кінетичні енергії, якщо їхні маси різні.