匀速圆周运动和向心力
1·预测
杆上的球以恒定的速度绕固定的中心枢轴运行。如果在保持半径不变的情况下增加球的轨道速度，那么一整圈的时间（周期）会变长、变短还是保持不变？
- 周期变长（每圈需要更多时间）。
- 周期保持不变（速度不影响周期）。
- 周期变得更短（每圈花费的时间更少）。
2·设置
- 打开圆周运动预设。记下杆的长度（轨道半径）和球的质量，并确认重力已关闭 - 仅杆提供了使路径弯曲的力。
- 确认速度探头已连接到球上，并将计时器放在球上，以便您可以计时一整圈。
- 对于下面的每个试验，设置球的质量、杆长度（半径）及其初始切向速度，然后按“播放”并计时一整圈。
3·收集数据
| 质量 m (kg) | 半径r (m) | 轨道速度v (m/s) | 向心力 F = mv²/r (N) | T 时段（1 圈） (s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 2.00 | 3.00 | ||
| 1.00 | 3.00 | 4.00 | ||
| 2.00 | 2.50 | 5.00 |
针对三次试验，绘制周期T（y轴）相对r/v（x轴）的关系图。描述该直线的形状。
4·分析
- 对于一项试验，展示您根据您设置的半径和速度 (T = 2πr/v) 计算周期的工作，并将其与模拟中计时器的读数进行比较。
- 在您的三个试验中，以固定半径增加速度如何改变周期？以固定速度增加半径如何改变周期？使用 T = 2πr/v 解释两者。
5·扩展
- 此预设会关闭重力，使运动真正均匀。如果重力重新打开并且杆仍然沿着水平圆周运动，球的速度会在整圈中保持恒定吗？为什么或为什么不呢？
- 真正的绕轨道运行的物体（如用手摆动的绳子上的球）每转一圈都会因空气阻力和枢轴损失一点能量。您是否希望其测量的周期在许多圈内保持完全恒定，或者漂移 - 朝哪个方向？
这个实验背后的物理原理
向心力
杆必须提供向内的力，以保持球沿圆周而不是直线移动。它取决于球的质量、（恒定）轨道速度和圆的半径——这是您在每次试验设置下在杆中感受到的张力。