Rivningskulan: höjd blir fart

Ett pedagogiskt simuleringsspel. Förutsäg hur fort en rivningskula svänger, hur hårt dess rep drar eller hur högt den stiger, och se sedan energistaplarna byta höjd mot rörelse och tillbaka.

PendelEnergiprincipen

RIVNINGSKULA

Fart i botten

Redo
Aktivera JavaScript för att svinga kulan. Instruktionerna och det lösta exemplet går fortfarande att läsa.
LägesenergiRörelseenergiDin förutsägelseHöjder och vinklar
Energi i en svängningm·g·h = ½·m·v²

Tid

0.00 s

t

Vinkel

— °

θ

Höjd

— m

h = L·(1 − cos θ)

Fart

— m/s

v = √(2·g·Δh)

Repets drag

— N

m·g·cos θ + m·v² ÷ L

Förutsäg innan du startar

Skriv din förutsägelse för att ställa in allt. Start är avstängd tills det finns ett svar.

Förutsäg svängningen.

Uppdragspoäng—

Varje svar måste ligga inom 2 %: vart och ett ger 100 poäng. Rätt på första körningen ger 50 till. En körning räknas så snart den startar.

✓ Rätt svar① Första försöket

Så spelar du Rivningskulan

  1. Välj ett test och läs av repet, startvinkeln eller starthöjden, eller farten på kortet.
  2. Räkna ut hur långt kulan faller eller stiger: h = L·(1 − cos θ). Höjd och fart byts via m·g·h = ½·m·v².
  3. Skriv din förutsägelse och tryck på Start. Kulan svänger i realtid.
  4. Jämför mätaren eller höjden med ditt orange märke, och se energistaplarna byta plats.

Varför ökar en svängande kula farten?

En kula i ett rep svänger längs en cirkel, och när den svänger nedåt förlorar den höjd. Utan friktion blir energin den hade i höjd till rörelseenergi: m·g·h = ½·m·v², så farten beror bara på hur långt den har fallit, v = √(2·g·h), inte på dess massa eller på banan. En svängning ut till vinkeln θ i ett rep med längden L lyfter den h = L·(1 − cos θ). I botten är kulan snabbast, och repet drar hårdast: det måste hålla upp tyngden och dessutom hela tiden böja kulans bana till en cirkel, vilket kräver ytterligare m·v² ÷ L. Därför går rep av i botten av en svängning. Galileo visade att om en pinne fångar snöret stiger kulan ändå tillbaka till höjden den startade från; bara vinkeln ändras. Samma energibokföring förklarar berg-och-dalbanor, gungor på lekplatsen och varför en rivningskula slår hårdast i botten av sin svängning.

En avgränsad inlärningsmodell

Svängningen räknas fram exakt för vilken vinkel som helst, inte bara små svängningar, och spelas i realtid från det ögonblick kulan släpps tills den stannar på andra sidan, eller, i det sista testet, tills den är tillbaka i botten. Det finns ingen friktion eller luftmotstånd; repet töjs inte och har ingen massa, och kulan på 100 kg behandlas som en punkt. Pinnen fångar repet 1 m under upphängningspunkten. Svar inom 2 % är rätt. g = 9,8 m/s².

Om du byter språk behålls försöket, förutsägelsen, antalet försök och körningen.