مهد نيوتن: انتقال الزخم والطاقة

1 · توقّع

إذا سحبت الكرة الأولى إلى الخلف حتى ارتفاع إفلات h وتركتها تتأرجح نحو الصف، فما الذي يحدد سرعة انطلاق الكرة الأخيرة؟

• تغادر الكرة الأبعد بسرعة تقارب سرعة الكرة الأولى عند الاصطدام.
• تغادر الكرة الأبعد أبطأ، لأن الكرات الوسطى تمتص بعض الحركة.
• تغادر الكرة الأبعد أسرع من سرعة اصطدام الكرة الأولى.

2 · التجهيز

1. افتح تجربة مهد نيوتن في البيئة.
2. اسحب الكرة الأولى إلى الخارج والأعلى لضبط ارتفاع إفلات، ثم اقرأ ارتفاعها فوق نقطة سكونها.
3. أفلت الكرة ودعها تتأرجح نزولًا نحو صف الكرات المتلامسة. راقب أي كرة تغادر في الجانب البعيد وإلى أي ارتفاع تتأرجح.

3 · اجمع البيانات

ارسم سرعة خروج الكرة الأبعد (المحور y) مقابل ارتفاع الإفلات (المحور x) لتجاربك الثلاث. هل العلاقة خط مستقيم؟

4 · حلّل

1. لكل صف احسب طاقة الإفلات الكامنة (mgh) والطاقة الحركية للاصطدام التي ينبغي أن تحملها الكرة الأولى قبيل بلوغها أسفل تأرجحها (½mv²، مستخدمًا farSpeed المقيسة قيمةً لـv). يُتوقع أن يكون farSpeed المقيس أقل ببضع بالمئة من القيمة المثالية √(2gh) — إذ يفقد كل تصادم في السلسلة قدرًا صغيرًا من الطاقة، فقراءة ضمن حدود 10% تقريبًا من القيمة المثالية تؤكد التوقع. كيف تقارن الطاقتان؟
2. بانحفاظ الزخم والطاقة الحركية في سلسلة كتل متساوية، اشرح لماذا تغادر الكرة الأبعد (تقريبًا) بسرعة اصطدام الكرة الأولى، بينما بالكاد تتحرك الكرات البينية.

5 · وسّع

1. لماذا بالكاد تتحرك الكرات الوسطى، رغم أن دفعة التصادم تمر عبر كل واحدة منها؟
2. في البيئة، هل تتأرجح الكرة الأبعد يومًا إلى ارتفاع إفلاتك بالضبط؟ بماذا تخبرك الفجوة (إن وُجدت) عن مدى مرونة التصادمات فعلًا؟

الفيزياء خلف هذه التجربة

← عودة إلى التجربة

138 ورقة عمل فيزياء مجانية قابلة للطباعة