Newtons Wiege: Impuls- und Energieübertragung

1 · Vorhersagen

Wenn Sie den ersten Ball auf eine Abwurfhöhe h zurückziehen und ihn in die Reihe schwingen lassen, was bestimmt dann, wie schnell der letzte Ball herausfliegt?

• Der entfernte Ball verlässt die Reihe mit etwa der gleichen Geschwindigkeit, die der erste Ball beim Aufprall hatte. (apply to hypothesis.faster: '…schneller als die Aufprallgeschwindigkeit des ersten Balls')
• Der entfernte Ball geht langsamer weg, da die mittleren Bälle einen Teil der Bewegung absorbieren.
• Der entfernte Ball verlässt den Ball schneller als die Aufprallgeschwindigkeit des ersten Balls.

2 · Aufbauen

1. Öffnen Sie das Preset „Newtons Wiege“ in der Sandbox.
2. Ziehen Sie den Ball ganz links nach außen und oben, um eine Auslösehöhe festzulegen, und lesen Sie dann ab, wie hoch er über seinem Ruhepunkt sitzt.
3. Lassen Sie den Ball los und lassen Sie ihn in die Reihe der sich berührenden Bälle hinunterschwingen. Beobachten Sie, welche Bälle auf der anderen Seite herausfliegen und wie hoch sie schwingen.

3 · Daten sammeln

Zeichnen Sie für Ihre drei Versuche die Austrittsgeschwindigkeit des entfernten Balls (y-Achse) gegen die Abwurfhöhe (x-Achse) auf. Ist die Beziehung eine gerade Linie?

4 · Auswerten

1. Berechnen Sie für jede Reihe den Release PE (mgh) und den Impact KE, den der erste Ball haben sollte, kurz bevor er das Ende seines Schwungs erreicht (½mv², unter Verwendung Ihrer gemessenen FarSpeed für v). Erwarten Sie, dass Ihre gemessene farSpeed einige Prozent unter dem idealen Wert √(2gh) liegt — jeder Stoß in der Kette verliert ein wenig Energie, sodass ein Messwert innerhalb von etwa 10 % des idealen Werts die Vorhersage bestätigt. Wie vergleichen sich die beiden Energien?
2. Erklären Sie anhand der Erhaltung von Impuls und kinetischer Energie für eine Kette gleicher Massen, warum der entfernte Ball mit (ungefähr) der Aufprallgeschwindigkeit des ersten Balls abfliegt, während sich die Bälle dazwischen kaum bewegen.

5 · Vertiefen

1. Warum bewegen sich die mittleren Kugeln kaum, obwohl der Stoßimpuls durch jede einzelne von ihnen geht?
2. Schwingt der entfernte Ball im Sandkasten jemals genau so hoch wie Ihre Abwurfhöhe? Was sagt Ihnen die Lücke (falls vorhanden) darüber, wie elastisch die Kollisionen wirklich sind?

Die Physik hinter diesem Experiment

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