Наука об импульсе
Импульс можно рассматривать как количество движения, которое имеет объект. Импульс определяется массой объекта (насколько он движется) и его скоростью (насколько быстро он движется). В физике импульс обозначается буквой «p», поэтому уравнение для определения импульса имеет вид p = mv (импульс равен произведению массы на скорость). Более тяжелый объект, например шар для боулинга, движущийся с той же скоростью, что и более легкий объект, например мяч для игры в мяч, согласно законам физики будет иметь больший импульс.
Для этой лаборатории STEM вам нужно понять импульс и то, как он влияет на столкновения, потому что позже вы будете соревноваться в игре в боулинг под названием Strike Challenge. Вы запрограммируете Speedbot так, чтобы он натыкался на мяч, чтобы сбивать кегли и набирать наибольшее количество очков. Давайте подумаем, что происходит, когда два объекта сталкиваются. Да, они передают кинетическую энергию. Но импульс каждого из двух сталкивающихся объектов до столкновения может предсказать, как два объекта будут реагировать после столкновения. Мы вернемся к этой идее позже.
Мотивировать обсуждение
Рассуждения об импульсе дискуссии — хороший способ направить усилия ваших учеников по ее концептуализации. Основное внимание в этой лаборатории STEM будет уделено импульсу робота при его столкновении с мячом.
Следующие вопросы можно решить в метрических единицах, как написано, или в имперских милях, фунтах и футах в секунду. Аргументация должна быть той же самой, без необходимости преобразований.
Q: Что из этого имеет больше импульса: сфера, катящаяся со скоростью 8 км в час, или та же сфера, катящаяся со скоростью 10 км в час?
A: Сфера, катящаяся со скоростью 10 км/ч, имеет больший импульс, потому что движется быстрее.
Q: Что из этого имеет больший импульс: автомобиль среднего размера, едущий со скоростью 90 км в час, или автобус, едущий со скоростью 90 км в час?
A: Автобус, движущийся со скоростью 90 км/ч, имеет большую скорость, поскольку имеет большую массу.
Q: Что из этого имеет большую скорость: велосипед, который крутит педали вверх по склону, или тот же велосипед, который крутят педали вниз с холма?
A: Велосипед, который крутит педали вниз по склону, имеет больший импульс, потому что спуск с холма и вращение педалей увеличивают его скорость - если только не используется тормозная система.
Q: С чем бы вы предпочли столкнуться: с грузовиком массой 1000 кг, движущимся со скоростью 1 метр в минуту, или с дыней массой 1 кг, движущейся со скоростью 1000 метров в секунду?
A: Грузовик может сбить вас с ног, но он движется недостаточно быстро, чтобы серьезно ранить вас, тогда как дыня, движущаяся со скоростью 1000 м/с, может вас убить. Это подчеркивает, что количество импульса связано с количеством энергии, переданной объектом во время столкновения. Одной только массы объекта недостаточно, чтобы определить, сколько разрушительной энергии он выделяет во время столкновения. Нам также необходимо учитывать, насколько быстро он движется.