勻速圓週運動及向心力
1·預測
桿上的球以恆定的速度繞著固定的中心樞軸運行。如果在保持半徑不變的情況下增加球的軌道速度，那麼一整圈的時間（週期）會變長、變短還是不變？
- 週期變長（每圈需要更多時間）。
- 週期保持不變（速度不影響週期）。
- 週期變得更短（每圈花費的時間更少）。
2·設定
- 打開圓週運動預設。記下桿的長度（軌道半徑）和球的質量，並確認重力已關閉 - 僅桿提供了使路徑彎曲的力。
- 確認速度探頭已連接到球上，並將計時器放在球上，以便您可以計時一整圈。
- 對於下面的每個試驗，設定球的質量、桿長度（半徑）及其初始切向速度，然後按「播放」併計時一整圈。
3·收集數據
| 質量 m (kg) | 半徑r (m) | 軌道速度v (m/s) | 向心力 F = mv²/r (N) | T 時段（1 圈） (s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 2.00 | 3.00 | ||
| 1.00 | 3.00 | 4.00 | ||
| 2.00 | 2.50 | 5.00 |
針對三次試驗，繪製週期T（y軸）相對r/v（x軸）的關係圖。描述該直線的形狀。
4·分析
- 對於一項試驗，顯示您根據您設定的半徑和速度 (T = 2πr/v) 計算週期的工作，並將其與模擬中計時器的讀數進行比較。
- 在您的三個試驗中，以固定半徑增加速度如何改變週期？以固定速度增加半徑如何改變週期？使用 T = 2πr/v 解釋兩者。
5·擴展
- 此預設會關閉重力，使動作真正均勻。如果重力重新打開並且桿子仍然沿著水平圓週運動，球的速度會在整圈中保持恆定嗎？為什麼或為什麼不呢？
- 真正的繞軌道運行的物體（如用手擺動的繩子上的球）每轉一圈都會因空氣阻力和樞軸損失一點能量。您是否希望其測量的周期在許多圈內保持完全恆定，或者漂移 - 朝哪個方向？
這個實驗背後的物理原理
向心力
桿必須提供向內的力，以保持球沿圓周而不是直線移動。它取決於球的質量、（恆定）軌道速度和圓的半徑——這是您在每次試驗設定下在桿中感受到的張力。