Nedrivningskugle: højde bliver til fart

Et lærerigt simulationsspil. Forudsig, hvor hurtigt en nedrivningskugle svinger, hvor hårdt wiren trækker, eller hvor højt den stiger, og se energisøjlerne bytte højde for bevægelse og tilbage.

PendulEnergibevarelse

NEDRIVNINGSKUGLE

Fart i bunden

Klar
Slå JavaScript til for at få kuglen til at svinge. Vejledningen og det regnede eksempel kan stadig læses.
HøjdeenergiBevægelsesenergiDin forudsigelseHøjder og vinkler
Energi i et svingm·g·h = ½·m·v²

Tid

0.00 s

t

Vinkel

— °

θ

Højde

— m

h = L·(1 − cos θ)

Fart

— m/s

v = √(2·g·Δh)

Træk i wiren

— N

m·g·cos θ + m·v² ÷ L

Forudsig, før du starter

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

Forudsig svinget.

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 Nedrivningskugle

  1. Vælg et forsøg, og læs wiren, startvinklen eller starthøjden eller farten på kortet.
  2. Find, hvor langt kuglen falder eller stiger: h = L·(1 − cos θ). Højde og fart byttes via m·g·h = ½·m·v².
  3. Skriv din forudsigelse, og tryk på Start. Kuglen svinger i realtid.
  4. Sammenlign måleren eller højden med dit orange mærke, og se søjlerne bytte energi.

Hvorfor får en svingende kugle fart?

En kugle i en wire svinger langs en cirkelbue og mister højde på vej ned. Uden gnidning bliver den energi, den havde i højde, til bevægelsesenergi: m·g·h = ½·m·v², så farten afhænger kun af, hvor langt den er faldet, v = √(2·g·h), ikke af massen eller vejen. At svinge den ud til en vinkel θ i en wire med længden L løfter den h = L·(1 − cos θ). I bunden kører kuglen hurtigst, og wiren trækker hårdest: den skal bære vægten og desuden bøje banen til en cirkel, hvilket kræver m·v² ÷ L ekstra. Derfor knækker wirer i bunden af svinget. Galilei viste, at hvis en pind fanger snoren, stiger kuglen alligevel til sin starthøjde; kun vinklen ændres. Det samme energiregnskab forklarer rutsjebaner, gynger og hvorfor en nedrivningskugle rammer hårdest i bunden.

En afgrænset læringsmodel

Svinget regnes præcist ud for alle vinkler, ikke kun små udsving, og kører i realtid, fra kuglen slippes, til den står stille på den anden side eller, i sidste forsøg, er tilbage i bunden. Der er ingen gnidning eller luftmodstand; wiren strækkes ikke og har ingen masse, og kuglen på 100 kg regnes som et punkt. Pinden fanger wiren 1 m under ophængningspunktet. Svar inden for 2 % er rigtige. g = 9,8 m/s².

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