Pèndol de Newton: transferència de quantitat de moviment i energia
1 · Prediu
Si tires enrere la primera bola fins a una alçada de pujada h i la deixes anar contra la filera, què determina com de ràpid surt volant l'última bola?
- La bola del fons surt aproximadament a la mateixa velocitat que tenia la primera a l'impacte.
- La bola del fons surt més a poc a poc, perquè les boles del mig absorbeixen part del moviment.
- La bola del fons surt més de pressa que la velocitat d'impacte de la primera.
2 · Configura
- Obre el predefinit del Pèndol de Newton a l'espai de pràctica.
- Arrossega la bola de més a l'esquerra cap enfora i cap amunt per definir una alçada de pujada, i llegeix com de per sobre del seu punt de repòs queda.
- Deixa anar la bola i deixa-la baixar contra la filera de boles en contacte. Mira quina/es bola/es surten volant al costat oposat, i com de puja pugen.
3 · Recull dades
| Massa de la bola (kg) | Alçada d'alliberament (m) | PE d'alliberament (J) | Velocitat de sortida de la bola del fons (m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 0.30 | ||
| 1.00 | 0.50 | ||
| 1.00 | 0.70 |
Representa la velocitat de sortida de la bola del fons (eix y) contra l'alçada de pujada (eix x) per a les tres proves. La relació és una recta?
4 · Analitza
- Per a cada fila, calcula la PE del pujada (mgh) i la KE d'impacte que hauria de tenir la primera bola just abans d'arribar a baix de l'oscil·lació (½mv², amb la farSpeed mesurada com a v). Com es comparen les dues energies?
- Amb la conservació de la quantitat de moviment i l'energia cinètica per a una cadena de masses iguals, explica per què la bola del fons surt (aproximadament) a la velocitat d'impacte de la primera, mentre les boles del mig tot just es mouen.
5 · Amplia
- Per què les boles del mig tot just es mouen, tot i que l'impuls de la col·lisió travessa cadascuna d'elles?
- A l'espai de pràctica, la bola del fons arriba alguna vegada exactament tan amunt com la teva alçada de pujada? Què et diu la diferència (si n'hi ha) sobre com d'elàstiques són realment les col·lisions?
La física al darrere d'aquest experiment
Energia potencial gravitatòria
La bola tirada enrere emmagatzema energia igual al seu pes per la distància que l'has alçada sobre el seu punt de repòs: això és el que alimenta tota la reacció en cadena un cop deixada anar.
Energia cinètica
Quan la bola deixa anada baixa, la seva PE emmagatzemada es converteix en KE; a baix, aquella KE és el que es passa gairebé tot a la bola del fons per la cadena de col·lisions.
Mecànica
- Tir parabòlic i energia cinètica
- Bola en una rampa: energia en un pla inclinat sense fricció
- Bloc en una rampa amb fricció: trobar el llindar de fricció estàtica
- Velocitat límit: caure amb arrossegament
- Laboratori de forces: segona llei de Newton
- Forces oposades: segona llei de Newton i quantitat de moviment
- Bola que rebota: pèrdua d'energia a l'impacte
- Col·lisions elàstiques i conservació de la quantitat de moviment
- Col·lisió inelàstica i conservació de la quantitat de moviment
- Pèndol simple
- Massa en un moll: moviment harmònic simple
- Moviment circular uniforme i força centripeta
138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles