حل أسئلة مختبر الفيزياء

حفظ الطاقة.

الاستنتاج والتطبيق:

1. أوجد معادلة حساب السرعة y بدلالة الارتفاع x، وابدأ من pE_i=kE_f.

$\begin{array}{r}\frac{1}{2}m{v}^2=mgh\mid \\ \frac{1}{2}m{y}^2=mgx\\ y^2=2gx\Rightarrow y=4.4x^{0.5}\end{array}$

2. هل تتفق العلاقة المستنتجة في السؤال السابق مع العلاقة من الرسم البياني؟

المعادلة التجريبية $y=3.4x^{0.5}$ أقل من المعادلة النظرية$y=4.4x^{0.5}$، ويعود ذلك إلى الأخطاء الشخصية في قياس الزمن.

3. طبق العلاقة التي استنتجتها لحساب الارتفاع الذي يجب أن تسقط الكرة منه لتكون سرعتها على المسار الأفقي ضعف ما كانت عليه عندما أُسقطت من ارتفاع 2 cm.

اترك الكرة حتى تسقط من ارتفاع 8.3 cm.

4. وضّح كيف تمثل هذه التجربة نموذجاً لسقوط الكرة مباشرة في اتجاه الأرض، ومن ثم تحديد الطاقة الحركية للكرة لحظة ارتطامها بالأرض.

من الصعب جمع المعلومات عن سقوط الجسم واصطدامه بالأرض، يمكن استخدام الممر المنحدر؛ لأن الارتفاع فوق مستوى المسار يحدد سرعة الكرة على المسار المستوي، وتكون سرعتها المتجهة ثابتة بسبب حفظ الطاقة.

5. قارن بين طاقة الوضع للكرة قبل السقوط والطاقة الحركية للكرة على السطح الأفقي (الخطوتان 8،9)، ووضّح لماذا تساوتا أو اختلفتا.

ستتنوع الإجابات، ستكون PE_i و KE_f هي نفسها بسبب حفظ الطاقة، وعملياً سوف يبذل الشغل بواسطة الاحتكاك، مما يؤدي إلى تقليل الطاقة الحركية.

6. استخلص النتائج هل تُثبت هذه التجربة قانون حفظ الطاقة؟ وضح ذلك.

الرسم البياني منسجم بصورة كافية لإثبات أن الطاقة محفوظة (حتى مع وجود الاحتكاك).

التوسع في البحث:

ما مصادر الخطأ في هذه التجربة؟ وكيف تستطيع التقليل منها؟

ستتنوع الإجابات، تكمن المشكلة الكبيرة في الطاقة الدورانية. اعتماداً على حجم الكرة وحجم المسار، يمكن أن تكون طاقة الحركة الدورانية مساوية أو أكبر من طاقة الحركة الانتقالية، وكذلك إذا لامس المسار الكرة بجانب محور دورانها أمكن أن يصبح دورانها سريعاً جداً، يساعد استخدام كرة أصغر على تقليل طاقة الحركة الدورانية.

الفيزياء في الحياة:

كيف توضح حركة العربات على المسارات المتعرجة في مدينة الملاهي مبدأ حفظ الطاقة بتحوّل طاقة الوضع إلى طاقة حركية؟

تتحول طاقة وضع الجاذبية للعربة في أثناء هبوط العربة على المنحدرات المتعرجة، إلى طاقة حركية فتزيد سرعتها.