Sự rơi hấp dẫn: Liệu một tàu thăm dò bị rơi có tiếp tục tăng tốc không?

1 · Dự đoán

Một tàu thăm dò được thả ra khỏi trạng thái đứng yên và rơi thẳng về phía một khối trung tâm dưới tác dụng của trọng lực nghịch đảo bình phương. Khi nó rơi từ bán kính 3,0 m xuống 2,0 m xuống 1,0 m thì tốc độ của nó thay đổi như thế nào?

• Nó tăng tốc với tốc độ ổn định, giống như một quả bóng rơi gần bề mặt Trái đất.
• Nó tăng tốc ngày càng nhanh hơn - lực kéo càng mạnh hơn khi nó đến gần hơn.
• Nó chậm lại khi đến gần vì khối trung tâm đẩy lùi những vật chuyển động nhanh.

2 · Thiết lập

1. Mở cài đặt trước grav-fall. Một tàu thăm dò duy nhất nằm yên một khoảng cách r₀ = 3.5 m tính từ khối trung tâm ở giữa khung vẽ.
2. Xác nhận đầu dò r (khoảng cách) và đầu dò tốc độ đều được gắn vào thân tàu thăm dò trước khi bạn chạy bất cứ thứ gì.
3. Chạy mô phỏng và tạm dừng khi tàu thăm dò đi qua r = 3.0 m, sau đó là 2.0 m, sau đó là 1.0 m, đọc đầu dò tốc độ ở mỗi bán kính.

3 · Thu thập dữ liệu

Vẽ đồ thị tốc độ rơi (trục y) theo bán kính r (trục x). Lưu ý rằng r giảm khi tàu thăm dò rơi xuống, vì vậy hãy đọc đường cong từ phải sang trái.

4 · Phân tích

1. ...tuy nhiên nó tăng được nhiều tốc độ hơn hẳn trên đoạn bên trong (gần tâm).
2. Đối với mỗi hàng, hãy so sánh tốc độ rơi đo được của bạn với tốc độ thoát ở cùng bán kính đó. Tốc độ rơi luôn nhỏ hơn - hãy kết nối điều này với thực tế là tàu thăm dò bắt đầu từ trạng thái đứng yên (tổng năng lượng của nó là âm nên nó vẫn bị ràng buộc).

5 · Gia hạn

1. Ở gần bề mặt Trái đất, chúng ta sử dụng v = √(2g·Δh) với g không đổi. Giải thích tại sao công thức đó không thành công ở đây và đại lượng nào thay thế hằng số g khi tàu thăm dò di chuyển vào trong.
2. Công thức lý tưởng hóa v = √(2GM(1/r − 1/r₀)) đạt đến vô cùng khi r → 0. Thay vào đó, mô phỏng thực sẽ ghim tàu thăm dò ngay bên ngoài tâm. Lý do vật lý nào (và lựa chọn mô hình nào) giữ tốc độ hữu hạn?

Vật lý đằng sau thí nghiệm này

← Quay lại thử nghiệm

138 Phiếu Bài Tập Thí Nghiệm Vật Lý Miễn Phí Có Thể In