Fjederkatapult: tryk, gem, slip

Et lærerigt simulationsspil. Forudsig, hvor hurtigt en fjeder skyder en kugle af, hvor højt den sender en raket, hvor langt den skal trykkes sammen, eller hvor meget en vogn trykker den sammen, og se søjlerne bytte gemt energi for bevægelse og højde.

FjederenergiEnergibevarelse

FJEDERKATAPULT

Flipperaftrækker

Klar
Slå JavaScript til for at spænde katapulten. Vejledningen og det regnede eksempel kan stadig læses.
Gemt i fjederenBevægelseHøjdeDin forudsigelse
Energi½·k·x² = ½·m·v²

Tid

0.00 s

t

Fart

— m/s

v

Højde

— m

h

Sammentrykning

— cm

x

Gemt energi

— J

½·k·x²

Forudsig, før du starter

Skriv din forudsigelse for at gøre alt klar. Start er slået fra, indtil der er et svar.

Forudsig, hvor energien går hen.

Missionspoint—

Hvert svar skal ramme inden for 2 %: hvert giver 100 point. Rigtigt i første forsøg giver 50 ekstra. Et forsøg tæller, så snart det starter.

✓ Rigtigt svar① I første forsøg

Sådan spiller du Fjederkatapult

  1. Vælg et forsøg, og læs fjederen, sammentrykningen og det, den skyder af, på kortet.
  2. Fjederen gemmer ½·k·x², med x i meter. Uden gnidning bliver det hele til bevægelse eller højde.
  3. Skriv din forudsigelse, og tryk på Start. Et orange mærke viser din fart, højde eller sammentrykning.
  4. Følg energisøjlerne: summen er den samme, mens energien går fra fjeder til bevægelse til højde.

Hvor meget energi gemmer en fjeder?

Jo længere du trykker en fjeder sammen, jo mere kraft skal der til, F = k·x, så det arbejde, du udfører, den gemte energi, er arealet under den voksende kraft: ½·k·x². Når du slipper, giver fjederen energien videre til det, den skubber. På et vandret bord bliver det hele til bevægelse, ½·m·v², så affyringsfarten er v = x·√(k ÷ m). Rettet opad bliver bevægelsen til højde, mens genstanden stiger, indtil m·g·h er lige så stor som det, fjederen gemte. Fordi energien går med kvadratet på sammentrykningen, gemmer dobbelt så lang sammentrykning fire gange så meget energi og sender en raket fire gange så højt. Det virker også omvendt: en vogn, der kører ind i en fjederbuffer, trykker den sammen, til al bevægelsesenergien er gemt, og så skubber fjederen den tilbage. Buer, katapulter, pogostokke og trampoliner gemmer energi sådan, og buffere for enden af sporet fanger tog på samme måde.

En afgrænset læringsmodel

Der er ingen gnidning eller luftmodstand, og fjedrene har ingen masse. Højder måles fra der, hvor raketten står på den sammentrykkede fjeder, og skubbet varer kun nogle hundrededele af et sekund, for hurtigt til at vise. Flipperbordet er vandret, og banen er 4 m lang. De to raketter kører 1,5 gange hurtigere og vognen i halv fart, så du kan se fjederen trykkes sammen. Svar inden for 2 % er rigtige. g = 9,8 m/s².

Når du skifter sprog, bevares forsøget, forudsigelsen, forsøgene og forløbet.