السقوط الحر والسقوط مع مقاومة الهواء

ماذا تعرض

في غياب الهواء يسقط كل جسم بالتسارع نفسه g مهما كانت كتلته، فيكون v = gt ويكون زمن السقوط t = √(2h/g) واحدًا للجسم الثقيل والخفيف. أما في الهواء فتعاكس قوة السحب الحركة؛ ونسبة المساحة إلى الكتلة في الكرة الأخف أكبر، فتبلغ سرعة حدية أصغر وتصل إلى الأرض متأخرة. وتحوّل شاشة المختبر ذلك إلى تجارب عملية: توقيت سقوط كرة فولاذية من مغناطيس كهربائي إلى بوابة ضوئية عند عدة ارتفاعات يعطي g بوصفه ميل منحنى 2h مقابل t²، وإسقاط مرشحات قهوة متداخلة يبيّن أي العلاقتين F = bv أو F = cv² تطابق البيانات.

طريقة الاستخدام

ألغِ «تفعيل مقاومة الهواء»، واضغط «أسقط مجددًا»، وقارن زمني الوصول وخطّي v(t) لـ«الجسم 1» و«الجسم 2»؛ ثم فعّلها وكرّر. وفي شاشة «المختبر» اختر «g بالبوابات الضوئية»، واضبط «ارتفاع السقوط h»، واضغط «أطفئ المغناطيس» ثلاث مرات عند كل ارتفاع، واقرأ g من المنحنى. أو اختر «السحب على مرشحات القهوة»، وأسقط من 1 إلى 8 مرشحات، واضغط «سجّل» لكل سرعة حدية، وقارن المنحنيات مقابل m.

المعاملات القابلة للتغيير

• ارتفاع السقوط 5–120 m
• تسارع الجاذبية 1.6–11 m/s²
• كتلة الجسم 1 0.05–10 kg
• كتلة الجسم 2 0.05–10 kg
• تفعيل مقاومة الهواء
• الشاشة إسقاط جسمين, المختبر
• التجربة (شاشة المختبر) قياس g بالبوابات الضوئية, السحب على مرشحات القهوة
• ارتفاع السقوط h للبوابة الضوئية (المختبر) 0.1–1.5 m
• عدد مرشحات القهوة المتداخلة n (المختبر) 1–8

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا تسقط الريشة والكرة الفولاذية بالمعدل نفسه في الفراغ؟
2. عندما يبلغ الجسم سرعته الحدية، كيف تقارن قوة السحب بوزنه؟
3. إذا جُعل ارتفاع السقوط أربعة أمثاله دون مقاومة الهواء، فكم مرة يطول زمن السقوط؟