Doświadczenie 3

       Producent zadbał o to, by masa każdego odważnika była taka sama jak masa nieobciążonego wózka z prętem. Proponujemy kilka doświadczeń jakościowych, polegających na obserwacji i wyciąganiu z nich wniosków ogólnych dotyczących obserwowanego zjawiska.
       Zaopatrujemy przynajmniej jeden wózek w zderzak sprężynowy i obserwujemy zderzenia dwóch wózków nieobciążonych, z pojedynczym i z podwójnym obciążeniem, ale zawsze tak, by przed zderzeniem jeden z wózków był nieruchomy.
       Bezpośrednio po wykonaniu tych doświadczeń spróbujmy odpowiedzieć na szereg pytań dotyczących sprężystych zderzeń dwóch wózków. Przyjmijmy oznaczenia: wózek nieruchomy (N), wózek poruszający się (R).
       Jeśli mamy wątpliwości, powtórzmy odpowiednie doświadczenie.

Oto pytania:

a) Czy końcowe prędkości wózków (N) i (R) zależą od tego, który z wózków się poruszał, czy może tylko od prędkości względnej wózków? Odpowiedź uzasadnij.

b) Który z wózków, a jeśli w ogóle, to w jakiej sytuacji, mógł po zderzeniu osiągnąć prędkość większą od początkowej prędkości wózka ruchomego (R)?

c) Jaka może być największa prędkość osiągnięta przez wózek (N) po zderzeniu? (trudne)

d) Jaka może być największa prędkość osiągnięta przez wózek (R) po zderzeniu?

e) Czy, a jeśli tak, to w jakiej sytuacji, wózek (R) może się zatrzymać na skutek zderzenia?

f) Czy, a jeśli tak, to w jakiej sytuacji, oba wózki mogą po zderzeniu poruszać się w kierunkach przeciwnych z jednakową szybkością?

g) Czy po zderzeniu oba wózki mogą się poruszać w tę samą stronę? Jeśli tak, to jakie warunki muszą być spełnione?

h) Jakie są wystarczające warunki na to, by oba wózki po zderzeniu oddalały się od siebie ze stałą prędkością?

i) Czy, a jeśli tak, to jak prędkość oddalania się wózków zależy od stosunku mas obu pojazdów? Sporządź i przeanalizuj wykres v_N = f(m_R) przy stałej v_R i m_N ? (Dla zaawansowanych w matematyce uczniów).


Odpowiedzi na pytania do doświadczenia 3 (a-i):

a) Pęd poruszającego się wózka, a nie tylko prędkość decyduje o efekcie końcowym - zatem nie jest wszystko jedno, który wózek jest w ruchu przed zderzeniem.

b) Może, wózek N, jeśli masa wózka R jest większa od masy wózka N, czyli m_R > m_N

e) 2V_R przy stosunku mas mN/mR dążącym do zera, czyli gdy poruszający się wózek ma masę nieporównywalnie większą od masy wózka nieruchomego.

d) -v_R; wózek R może odbić się bez straty szybkości tylko od nieporównywalnie większej masy wózka N lub nie zmienić prędkości, zderzając się z nieporównywalnie mniejszą masą m_N.

e) Może, tylko wtedy, gdy masy obu wózków są takie same.

f) Może, jeśli 3m_R = m_N. Aby było łatwo ten przypadek sprawdzić doświadczalnie, obciążniki mają taką samą masę jak każdy z nieobciążonych wózków.

g) Mogą, jeśli m_N <  m_R (patrz pytanie b).

h) Wyeliminowanie oporów ruchu, brak tarcia.

i) Prędkość oddalania się wózków jest zawsze równa v_R i nie zależy od stosunku mas. Prędkość wózka N po zderzeniu określona jest zależnością:

Jeśli v_R i m_N są stałe, to wykres v_N = f(m_R) wygląda jak na rysunku.

do góry