اگر توپ پلاستیکی و توپ چرمی را از ارتفاع ۱۰ متری رها کنیم چه اتفاقی میافتد؟
پاسخ این سؤال به این بستگی دارد که آزمایش را در حالت ایدهآل در نظر بگیریم یا در دنیای واقعی. در حالت ایدهآل، فقط نیروی گرانش اثر دارد؛ اما در واقعیت، مقاومت هوا، جرم، شکل، اندازه و جنس توپها هم مهم میشوند.
در حالت ایدهآل چه میشود؟
اگر هوا وجود نداشته باشد یا مقاومت هوا را نادیده بگیریم، شتاب سقوط همه اجسام نزدیک سطح زمین تقریباً برابر است. یعنی توپ پلاستیکی و توپ چرمی، هر دو با شتاب گرانش سقوط میکنند و اگر همزمان رها شوند، همزمان به زمین میرسند.
برای ارتفاع ۱۰ متر، زمان سقوط در حالت ساده حدود ۱٫۴ ثانیه است. این مقدار برای هر دو توپ یکسان است، چون در این حالت جرم و جنس توپ در زمان سقوط نقشی ندارند.
در دنیای واقعی چه تفاوتی ایجاد میشود؟
در دنیای واقعی هوا وجود دارد. هوا در برابر حرکت توپ مقاومت میکند و این مقاومت، سرعت سقوط را کمی کاهش میدهد. اگر دو توپ هماندازه باشند، توپ سبکتر نسبت به جرم خود بیشتر از مقاومت هوا اثر میگیرد. بنابراین ممکن است توپ پلاستیکی سبک کمی دیرتر از توپ چرمی سنگین به زمین برسد.
مقایسه توپ پلاستیکی و چرمی
اگر سبک و توخالی باشد، هوا بیشتر روی حرکت آن اثر میگذارد و ممکن است سقوطش کمی کندتر شود.
اگر سنگینتر باشد، در برابر مقاومت هوا کمتر کند میشود و ممکن است کمی زودتر به زمین برسد.
بعد از رسیدن به زمین، میزان جهش به جنس، باد داشتن توپ، نرمی زمین و کشسانی بستگی دارد.
نتیجه میتواند تغییر کند؛ چون سطح تماس با هوا و شکل توپها فرق میکند.
مراحل اتفاق در هنگام رها کردن
- هر دو توپ از ارتفاع ۱۰ متری رها میشوند.
- نیروی گرانش آنها را به سمت زمین میکشد.
- اگر هوا را نادیده بگیریم، هر دو با شتاب برابر سقوط میکنند.
- در هوای واقعی، مقاومت هوا سرعت سقوط را کمی کم میکند.
- توپی که نسبت به جرم خود بیشتر از هوا اثر میگیرد، ممکن است کمی دیرتر برسد.
- پس از برخورد، بسته به جنس و کشسانی، مقدار پرش یا برگشت توپها فرق میکند.
چرا جرم به تنهایی تعیینکننده نیست؟
خیلیها فکر میکنند جسم سنگینتر همیشه خیلی زودتر میافتد. این تصور در نبود هوا درست نیست. در خلأ، یک جسم سبک و یک جسم سنگین همزمان سقوط میکنند. تفاوتی که در دنیای واقعی میبینیم، بیشتر به دلیل مقاومت هوا و شکل جسم است، نه فقط جرم آن.
اگر دو توپ کاملاً هماندازه و همجرم باشند چه؟
اگر دو توپ هماندازه، همجرم و همشکل باشند، اثر مقاومت هوا بر آنها تقریباً یکسان میشود و تقریباً همزمان به زمین میرسند. در این حالت تفاوت اصلی بیشتر در برخورد با زمین و میزان جهش بعد از برخورد دیده میشود.
اشتباهات رایج
- گفتن اینکه توپ سنگینتر همیشه زودتر میرسد؛ در خلأ این درست نیست.
- نادیده گرفتن مقاومت هوا در آزمایش واقعی.
- یکی دانستن زمان رسیدن به زمین با مقدار جهش بعد از برخورد.
- فرض کردن اینکه همه توپهای پلاستیکی یا چرمی رفتار یکسان دارند؛ در حالی که اندازه، باد، جرم و جنس دقیق مهم است.
پرسشهای رایج
آیا توپ پلاستیکی و چرمی همزمان به زمین میرسند؟
در حالت ایدهآل و بدون مقاومت هوا، بله. در دنیای واقعی ممکن است کمی تفاوت داشته باشند.
کدام توپ زودتر میرسد؟
اگر اندازهها یکسان و توپ چرمی سنگینتر باشد، معمولاً توپ چرمی کمی کمتر از هوا اثر میگیرد و ممکن است زودتر برسد.
زمان سقوط از ارتفاع ۱۰ متر چقدر است؟
بدون مقاومت هوا، حدود ۱٫۴ ثانیه است.
کدام توپ بیشتر بالا میپرد؟
این موضوع به جنس، کشسانی، باد داشتن توپ و نوع سطح زمین بستگی دارد.
جمعبندی
اگر مقاومت هوا را نادیده بگیریم، توپ پلاستیکی و توپ چرمی از ارتفاع ۱۰ متری همزمان به زمین میرسند. اما در شرایط واقعی، توپ سبکتر بیشتر از مقاومت هوا اثر میگیرد و ممکن است کمی دیرتر برسد. پس از برخورد نیز میزان جهش دو توپ به جنس و کشسانی آنها بستگی دارد.
نظرات