নিউটনের ক্র্যাডল: ভরবেগ ও শক্তি স্থানান্তর
1 · প্রত্যাশা করুন
প্রথম বলটিকে h উচ্চতায় টেনে ছেড়ে দিলে সারিতে ধাক্কা দিলে, শেষ বলটি কত দ্রুত উড়ে বেরোয় তা কী নির্ধারণ করে?
- দূরের বলটি প্রথম বলের আঘাতের সময়কার দ্রুতির প্রায় সমান দ্রুতিতে বেরোয়।
- দূরের বলটি ধীরে বেরোয়, কারণ মাঝের বলগুলো কিছু গতি শুষে নেয়।
- দূরের বলটি প্রথম বলের আঘাত-দ্রুতির চেয়ে দ্রুত বেরোয়।
2 · প্রস্তুতি
- স্যান্ডবক্সে Newton's Cradle প্রিসেটটি খুলুন।
- বামতম বলটিকে বাইরে ও ওপরে টেনে একটি ছাড়ার উচ্চতা নির্ধারণ করুন, তারপর এটি তার বিশ্রাম-বিন্দুর ওপরে কত উঁচুতে বসে আছে পড়ে নিন।
- বলটি ছেড়ে দিন এবং স্পর্শরত বলের সারিতে দুলতে দিন। দূরের পাশে কোন বল(গুলো) উড়ে বেরোয় এবং কত উঁচুতে ওঠে দেখুন।
3 · ডেটা সংগ্রহ করুন
| বলের ভর (kg) | মুক্তি উচ্চতা (m) | মুক্তি বিভবশক্তি (J) | দূরের বলের প্রস্থান-দ্রুতি (m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 0.30 | ||
| 1.00 | 0.50 | ||
| 1.00 | 0.70 |
আপনার তিনটি ট্রায়ালের জন্য ছাড়ার উচ্চতার (x-অক্ষ) বিপরীতে দূরের বলের প্রস্থান-দ্রুতি (y-অক্ষ) প্লট করুন। সম্পর্কটি কি সরলরেখা?
4 · বিশ্লেষণ করুন
- প্রতিটি সারির জন্য ছাড়ার বিভবশক্তি (mgh) এবং প্রথম বলের দোলার তলায় পৌঁছানোর ঠিক আগে যে আঘাত-গতিশক্তি (½mv², v হিসেবে আপনার পরিমাপকৃত farSpeed) থাকা উচিত তা গণনা করুন। দুটি শক্তির তুলনা কেমন?
- সমান ভরের শৃঙ্খলের জন্য ভরবেগ ও গতিশক্তি সংরক্ষণ ব্যবহার করে ব্যাখ্যা করুন কেন দূরের বলটি (প্রায়) প্রথম বলের আঘাত-দ্রুতি নিয়ে বেরোয়, আর মাঝের বলগুলো কার্যত নড়েই না।
5 · বিস্তার করুন
- সংঘর্ষের ঘাত প্রতিটি বলের ভেতর দিয়ে যায় — তবু মাঝের বলগুলো কেন কার্যত নড়ে না?
- স্যান্ডবক্সে দূরের বলটি কি কখনো ঠিক আপনার ছাড়ার উচ্চতা পর্যন্তই ওঠে? ফাঁকটি (থাকলে) সংঘর্ষগুলো আসলে কতটা স্থিতিস্থাপক তার কী বলে?
এই পরীক্ষণের পেছনের পদার্থবিজ্ঞান
মহাকর্ষীয় বিভবশক্তি
পিছিয়ে টানা বলটি তার বিশ্রাম-বিন্দুর ওপরে যতটা তোলা হয়েছে তার ওজন গুণ সেই উচ্চতার সমান শক্তি সঞ্চয় করে — ছাড়ার পর পুরো শৃঙ্খল-বিক্রিয়াটি এটিই চালায়।
গতিশক্তি
ছাড়া বলটি নিচে দোলার সাথে তার সঞ্চিত বিভবশক্তি গতিশক্তিতে রূপান্তরিত হয়; তলায় সেই গতিশক্তিই সংঘর্ষ-শৃঙ্খলের মাধ্যমে প্রায় সম্পূর্ণভাবে দূরের বলের হাতে চলে যায়।