Протилежні сили: другий закон Ньютона та імпульс
1 · Прогноз
Брусок, що рухається праворуч, тягне стала сила в протилежний бік. Що станеться з його рухом із часом?
- Він сповільнюється і зупиняється назавжди
- Він сповільнюється, зупиняється, а потім розганяється в протилежний бік
- Він коротко сповільнюється, а потім рухається зі сталою зменшеною швидкістю
2 · Установка
- Відкрийте моделювання протилежних сил і натисніть «Скинути».
- Увімкніть датчик швидкості на бруску.
- Для кожного заміру задайте початкову швидкість бруска, натисніть «Запустити», поставте паузу на t = 4 с за шкалою часу та запишіть показ швидкості.
3 · Збір даних
| Маса m (kg) | Початкова швидкість v₀ (m/s) | Протидіюча сила F (N) | Початковий імпульс p = mv (kg·m/s) | Швидкість при t = 4 с (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 4.00 | 2.00 | ||
| 1.00 | 6.00 | 2.00 | ||
| 1.00 | 8.00 | 2.00 |
Побудуйте графік швидкості при t = 4 с (вісь y) проти початкової швидкості v₀ (вісь x).
4 · Аналіз
- Покажіть обчислення початкового імпульсу p = mv для одного заміру.
- Використовуючи a = F/m, передбачте швидкість бруска при t = 4 с для кожного заміру та порівняйте з таблицею. Брусок усе ще рухається у початковому напрямку, миттєво спочиває чи рухається назад?
5 · Поглиблення
- Якщо масу бруска подвоїти, а протидіючу силу лишити тією самою, знадобиться більше чи менше часу, щоб зупинитися? Поясніть через F = ma.
- Справжні бруски на справжній поверхні відчувають і тертя. Чи зупинило б тертя брусок швидше чи повільніше, ніж прогнозує це ідеалізоване моделювання?
Фізика цього експерименту
Імпульс
Маса та початкова швидкість бруска задають його імпульс до дії протидіючої сили.
Другий закон Ньютона
Стала протидіюча сила, поділена на масу, дає сталий декелерацію бруска — саме вона його сповільнює, зупиняє і зрештою розвертає.