Xe tàu lượn siêu tốc thường được sử dụng làm mô hình biến đổi năng lượng. Đứng yên tại điểm xuất phát, ô tô có thế năng hấp dẫn. Khi nó di chuyển dọc theo đường ray, thế năng được chuyển hoá dần thành động năng và sau đó trở lại thành thế năng khi ô tô tiến đến điểm kết thúc của tàu lượn siêu tốc. Thế năng hấp dẫn của một vật có thể được tính bằng tích của khối lượng của vật, gia tốc trọng trường và độ cao của vật so với mặt đất: Wt = mgh. Trong một hệ không ma sát, thế năng ở đầu và cuối của ...

Xe tàu lượn siêu tốc thường được sử dụng làm mô hình biến đổi năng lượng. Đứng yên tại điểm xuất phát, ô tô có thế năng hấp dẫn. Khi nó di chuyển dọc theo đường ray, thế năng được chuyển hoá dần thành động năng và sau đó trở lại thành thế năng khi ô tô tiến đến điểm kết thúc của tàu lượn siêu tốc.

Thế năng hấp dẫn của một vật có thể được tính bằng tích của khối lượng của vật, gia tốc trọng trường và độ cao của vật so với mặt đất: Wt = mgh.

Trong một hệ không ma sát, thế năng ở đầu và cuối của tàu lượn siêu tốc sẽ bằng nhau. Tuy nhiên, ma sát giữa tàu và đường ray gây ra sự tiêu hao ma sát để biến một phần năng lượng thành nhiệt và âm thanh. Lượng năng lượng tiêu hao do ma sát có thể được tính bằng tích của lực ma sát tác dụng lên một vật và quãng đường mà vật đó đi được:

A = Fmsd

Một nhóm sinh viên đã chế tạo một tàu lượn siêu tốc bằng viên bi với đường ray từ ống cách nhiệt bằng ống xốp và cố gắng xác định các điều kiện có thể tối đa hóa chiều cao của ngọn đồi của tàu lượn siêu tốc. Học sinh tiến hành hai thí nghiệm để nghiên cứu.

Thí nghiệm 1:

Hình 1 cho thấy cách thiết lập ban đầu cho tàu lượn siêu tốc bằng viên bi. A biểu thị chiều cao bắt đầu (chiều cao thả) và C biểu thị chiều cao kết thúc (chiều cao đỉnh) của viên bi. B là điểm thấp nhất nằm giữa A và C.

Học sinh bắt đầu với độ cao thả rơi 0,6 m và kéo căng ống tàu lượn siêu tốc ra theo chiều dài nằm ngang 1 m. Sau đó, họ thay đổi độ cao của đỉnh cho đến khi viên bi có thể lên đến đỉnh đồi thành công mà không cần phải vượt qua. Để nghiên cứu ảnh hưởng của thế năng hấp dẫn ban đầu của viên bi, các sinh viên đã tiến hành thêm ba thử nghiệm nữa với các độ cao thả khác nhau. Bảng 5.3 ( bảng 1) trình bày kết quả của từng thử nghiệm.

Thí nghiệm 2:

Học sinh bắt đầu với độ cao thả rơi là 1,2 m và kéo ống tàu lượn siêu tốc ra theo chiều dài nằm ngang là 1,0 m. Sau đó, học sinh thay đổi độ cao của ngọn đồi cho đến khi viên bi có thể lên tới đỉnh đồi thành công mà không cần vượt qua. Để nghiên cứu ảnh hưởng do ma sát, các sinh viên đã tiến hành thêm hai thử nghiệm nữa bằng cách sử dụng các đoạn đường có chiều dài ngang khác nhau. Bảng 2 trình bày kết quả của từng thử nghiệm.