Symulacja interaktywna
Zasada zachowania pędu doświadczalnie
Użyj symulatora zderzeń na torze powietrznym, żeby zbadać, w jaki sposób zasada zachowania pędu wpływa na ruch zderzających się ciał. Zapoznaj się z symulacją, a następnie wykonaj polecenia.
Uwaga. Praca z symulacją jest wygodniejsza po przełączeniu na widok pełnoekranowy.
Symulacja przedstawia dwa wózki: niebieski po stronie lewej i zielony po prawej, umieszczone na szarym stole, po którym poruszają się bez tarcia. Do wózków dorysowano wektory ich prędkości. Masa każdego z wózków wynosi 200 gramów. Na wózkach można układać stugramowe ciężarki, do ośmiu sztuk na każdy, zmieniać początkową prędkość wózków oraz ich położenia początkowe za pomocą czarnych suwaków znajdujących się po lewej stronie symulacji. W prawej części symulacji na różowym tle pojawia się wektor pędu każdego z wózków oraz ich suma, stanowiąca całkowity pęd układu. Pod tym różowym polem można wybrać rodzaj zderzenia (sprężyste lub niesprężyste) odhaczając jeden z dwóch boksów. Pod tymi boksami znajdują się trzy przyciski opisane czarnym tekstem i dużymi literami. Przycisk „START” rozpoczyna zderzenie, przycisk „STOP” zatrzymuje proces zderzania, a przycisk „RESET” przygotowuje ciała do ponownego zderzenia. Przebieg symulacji polega na tym, że najpierw wózki zbliżają się do siebie, w pewnej chwili następuje ich zderzenie. Wskutek niego zmienia się prędkość każdego z wózków, a wynikiem symulacji jest właśnie animacja ruchu wózków po zderzeniu.
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DdEFrsg0p
Co się stanie, gdy bardzo lekki wózek uderzy w spoczywający wózek, który będzie mocno obciążony?
Co się dzieje, gdy bardzo ciężki wózek uderza w wózek bardzo lekki, który spoczywa?
Czy możliwe, żeby całkowity pęd układu dwóch ciał był zerowy, gdy oba ciała się poruszają? A gdy porusza się tylko jedno ciało, podczas gdy drugie spoczywa?
Wskaż właściwe uzupełnienia opisu symulowanego eksperymentu i jego wyników. Wózkiem pierwszym, o zmieniającej się masie, powinien być nadjeżdżający od lewej strony wózek niebieski powinien być nadjeżdżający od prawej strony wózek zielony może być którykolwiek z tych wózków.
W pierwszej symulacji wózek ten był pozbawiony ciężarków, a w każdej następnej dokładano mu jeden ciężarek. W efekcie seria składała się łącznie z 3 8 9 16 symulacji.
Zgodnie z celem eksperymentu oraz ogólnymi zasadami prowadzenia eksperymentów:
- masę drugiego wózka zwiększano zmieniano losowo utrzymywano niezmienioną,
- początkową prędkość pierwszego wózka zwiększano utrzymywano niezmienioną zmniejszano,
- początkową prędkość drugiego wózka zwiększano utrzymywano niezmienioną zmniejszano.
Zaobserwowano, że wskutek zderzenia drugi wózek był wprawiany w ruch. Jego prędkość miała zwrot zgodny z początkową prędkością wózka pierwszego. Prędkość pierwszego wózka zmieniała zwrot, zaś w kolejnych symulacjach jej wartość była coraz mniejsza pozostawała taka sama była coraz większa.
Ciekawy był wynik ostatniej symulacji, w której pierwszy wózek po zderzeniu się zatrzymał. Wynik ten jest zgodny z zasadą zachowania pędu w układzie ciał o jednakowych masach o jednakowych początkowych prędkościach zderzających się niesprężyście – doszło więc zapewne do niezamierzonej zmiany rodzaju zderzenia.
Z przebiegu eksperymentu oraz jego wyników wyciągnięto wniosek, że w sprężystym, jednowymiarowym zderzeniu wózek spoczywający pełni rolę przeszkody, od której wózek nadjeżdżający się odbija. Jego prędkość po odbiciu jest tym mniejsza, im większa jego masa. Jest to wniosek prawdziwy fałszywy.