La cuna de Newton: transferencia de momento y energía
1 · Predecir
Si tiras la primera bola hacia atrás hasta una altura de lanzamiento h y la dejas oscilar hacia la fila, ¿qué determina qué tan rápido sale volando la última bola?
- La bola lejana sale aproximadamente con la misma velocidad que la primera bola en el momento del impacto.
- La bola lejana sale más lentamente, ya que las bolas del medio absorben parte del movimiento.
- La bola lejana sale más rápido que la velocidad de impacto de la primera bola.
2 · Configurar
- Abra el ajuste preestablecido Newton's Cradle en la zona de pruebas.
- Arrastre la bola más a la izquierda hacia afuera y hacia arriba para establecer una altura de liberación, luego lea qué tan alto se encuentra por encima de su punto de descanso.
- Suelta la pelota y déjala oscilar hacia la fila de pelotas en contacto. Observe qué bolas salen volando por el otro lado y qué tan alto se balancean.
3 · Recopilar Datos
| Masa de bola (kg) | Altura de liberación (m) | Liberar PE (J) | Velocidad de salida del balón lejano (m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 0.30 | ||
| 1.00 | 0.50 | ||
| 1.00 | 0.70 |
Grafique la velocidad de salida de la bola lejana (eje y) contra la altura de liberación (eje x) para sus tres pruebas. ¿La relación es una línea recta?
4 · Analizar
- Para cada fila, calcule la PE de liberación (mgh) y el KE de impacto que la primera bola debería tener justo antes de llegar al punto más bajo de su recorrido (½mv², usando su farSpeed medido como v). ¿Cómo se comparan las dos energías?
- Utilizando la conservación del momento y de la energía cinética para una cadena de masas iguales, explique por qué la bola lejana sale con (aproximadamente) la velocidad de impacto de la primera bola, mientras que las bolas intermedias apenas se mueven.
5 · Ampliar
- ¿Por qué las bolas del medio apenas se mueven, aunque el impulso del choque las atraviesa a todas?
- En el arenero, ¿la bola lejana alguna vez se balancea exactamente tan alto como la altura de lanzamiento? ¿Qué te dice la brecha (si la hay) sobre cuán elásticas son realmente las colisiones?
La física detrás de este experimento
Energía potencial gravitacional
La bola retirada almacena energía equivalente a su peso multiplicado por cuánto la levantaste por encima de su punto de reposo; esto es lo que impulsa toda la reacción en cadena una vez liberada.
Energía cinética
A medida que la bola liberada desciende, su PE almacenado se convierte en KE; en la parte inferior, ese KE es lo que pasa casi por completo a la bola lejana a través de la cadena de colisiones.