Похила площина і вантаж: прискорення на схилі
1 · Прогноз
Якщо відпустити вантаж з місця та зробити площину крутішою, що станеться з його швидкістю за той самий час?
- Він розганяється швидше — крутіша площина дає більше прискорення.
- Він досягає тієї самої швидкості — кут не впливає на прискорення.
- Він розганяється повільніше — крутіша площина дає менше прискорення.
2 · Установка
- Відкрийте пресет «Вантаж на похилій площині» у пісочниці механіки.
- Виберіть площину та задайте її кут нахилу на панелі властивостей для цього заміру.
- Відпустіть вантаж з місця вгорі та зчитайте його швидкість з датчика після вказаного часу.
3 · Збір даних
| Кут площини (deg) | Маса вантажу (kg) | Минулий час (s) | Швидкість (m/s) | Кінетична енергія (J) |
|---|---|---|---|---|
| 10.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 20.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 30.00 | 3.00 | 1.00 |
Побудуйте графік швидкості (вісь y) проти кута площини (вісь x) для замірів із фіксованою 1 с. Це пряма лінія?
4 · Аналіз
- Використовуючи v = g sin θ · t, обчисліть очікувану швидкість для кожного рядка і порівняйте з показом датчика.
- Маса вантажу стала, 3 кг, у всіх трьох замірах, коли змінюється кут. Що це каже про зв'язок між масою та прискоренням на площині без тертя?
5 · Поглиблення
- Два вантажі різної маси відпущено з одним кутом водночас. Який досягне низу першим? Обґрунтуйте відповідь своїми даними.
- Справжні площини мають тертя. Якби ця площина не була без тертя, виміряна швидкість була б вищою чи нижчою за прогноз v = g sin θ · t і чому?
Фізика цього експерименту
Кінетична енергія
Кінетична енергія вантажу зростає як квадрат швидкості, коли він розганяється вниз по площині, — подвоєння швидкості вчетверо збільшує KE.
Гравітаційна потенціальна енергія
На площині без тертя гравітаційна PE, яку втрачає вантаж при спуску, повністю перетворюється на кінетичну енергію, яку він набуває, — нічого не втрачається на тепло.