„Horská dráha“ s Hot Wheels

Úkol:

1. Prozkoumejte pomocí autíček Hot Wheels zákon zachování mechanické energie.
2. Určete práci vykonanou třecími silami v jednotlivých fázích experimentu.

Postup:

1. Autíčko pouštíme z nejvyššího bodu dráhy (bod A). Výšku zapíšeme do tabulky a vypočítáme polohovou energii autíčka v počátečním bodě. Kinetická energie je nulová, neboť pouštíme autíčko bez počáteční rychlosti.
2. V nejnižším bodě dráhy (bod B) změříme pomocí optické závory (dvou optických závor) rychlost autíčka. Vypočítáme kinetickou energii autíčka.
3. Autíčko pokračuje ve svém pohybu po podlaze, ujede vzdálenost l a v bodě C se zastaví. Jeho polohová i kinetická energie jsou nulové. Změříme vzdálenost l.
4. Postup několikrát opakujeme a výsledky zapisujeme do tabulky. Můžeme použít různá autíčka, anebo jedno autíčko, které pouštíme z různých výšek.

Otázky:

1. V prvním úseku dráhy (AB) bychom mohli očekávat, že mechanická energie autíčka \((E_\mathrm{m}=E_\mathrm{p}+E_\mathrm{k})\) zůstane zachována. Jaké jsou vaše výsledky? Odpovídají této teorii? Pokuste se o vysvětlení.
2. Ve druhém úseku dráhy (BC) se autíčko pohybuje po vodorovné rovině tak dlouho, až zastaví (nebo do něčeho dříve narazí). Čím je to způsobeno?
3. Podívejte se na následující nákres nové dráhy. Může autíčko projet loopingem, když neuvažujeme tření? Stejná otázka s ohledem na naměřené výsledky (uvažujte vliv tření). Co navrhujete, aby byl průjezd auta loopingem bezpečný?

Inspirace: https://science.howstuffworks.com/engineering/structural/roller-coaster.htm

Poznámky pro učitele