Наука про імпульс
Імпульс можна розглядати як кількість руху об’єкта. Імпульс визначається масою об’єкта (скільки рухається) і його швидкістю (як швидко він рухається). У фізиці імпульс позначається літерою «p», тому рівняння для визначення імпульсу таке: p = mv (імпульс дорівнює масі, помноженій на швидкість). Важчий об’єкт, як-от куля для боулінгу, рухається з тією ж швидкістю, що й легший об’єкт, як-от м’яч, відповідно до законів фізики матиме більший імпульс.
Для цієї лабораторії STEM вам потрібно зрозуміти імпульс і як він впливає на зіткнення, оскільки пізніше ви змагатиметеся в грі в боулінг під назвою Strike Challenge. Ви запрограмуєте Speedbot набігати на м’яч, щоб збити кеглі та заробити найвищий бал. Давайте подумаємо, що відбувається, коли два предмети стикаються. Вони передають кінетичну енергію, так. Але імпульс кожного з двох об’єктів, що стикаються перед зіткненням, може передбачити, як два об’єкти відреагують після зіткнення. Ми повернемося до цієї ідеї пізніше.
Мотивуйте дискусію
Міркування про імпульс в рамках дискусії є хорошим способом скеровувати зусилля ваших учнів, щоб концептуалізувати його. Основна увага цієї STEM Lab буде зосереджена на імпульсі робота під час його зіткнення з м’ячем.
Про наступні запитання можна міркувати в метричних одиницях, як вони написані, або в імперських милях, фунтах і футах за секунду. Аргументація має бути однаковою без необхідності перетворення.
Q: Що з цього має більший імпульс: сфера, що котиться зі швидкістю 8 км на годину, чи та сама сфера, що котиться зі швидкістю 10 км на годину?
A: Куля, яка котиться зі швидкістю 10 км на годину, має більший імпульс, тому що вона рухається швидше.
З: Що з цього має більший імпульс: автомобіль середнього розміру, що рухається зі швидкістю 90 км/год, чи автобус, що рухається зі швидкістю 90 км/год?
A: Автобус, який рухається зі швидкістю 90 км/год, має більший імпульс, оскільки він має більшу масу.
Q: Що з цього має більший імпульс: велосипед, який катають педалями в гору, чи той самий велосипед, який катають педалями з гори?
A: Велосипед, який крутить педалі вниз з пагорба, має більший імпульс, тому що нахил, який спускається вниз, і обертання педалей прискорюють його швидкість, якщо не застосовано гальмівну систему.
Q: З чим би ви хотіли зіткнутися: 1000-кілограмовою вантажівкою, що рухається зі швидкістю 1 метр за хвилину, чи 1-кілограмовою динею, що рухається зі швидкістю 1000 метрів за секунду?
A: Вантажівка може збити вас, але вона не рухається достатньо швидко, щоб серйозно поранити вас, тоді як диня, що рухається зі швидкістю 1000 м/с, може вбити вас. Це підкреслює, що кількість імпульсу пов’язана з кількістю енергії, переданої об’єктом під час зіткнення. Лише маси об’єкта недостатньо, щоб визначити, скільки руйнівної енергії він постачає під час зіткнення. Нам також потрібно враховувати, наскільки швидко він рухається.