La cuna de Newton: transferencia de momento y energía

1 · Predecir

Si tira de la primera bola hacia atrás hasta una altura de liberación h y la deja oscilar hacia la fila, ¿qué determina qué tan rápido sale volando la última bola?

2 · Configurar

  1. Abra el ajuste preestablecido Newton's Cradle en la zona de pruebas.
  2. 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.
  3. Suelte la pelota y déjela 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)PE de liberación (J)Velocidad de salida del balón lejano (m/s)
1.000.30
1.000.50
1.000.70

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

  1. 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 velocidad de salida medida como v). Espere que su velocidad de salida medida resulte unos pocos puntos porcentuales por debajo del valor ideal √(2gh); cada colisión de la cadena pierde una pequeña cantidad de energía, así que una lectura dentro de aproximadamente un 10% del valor ideal confirma la predicción. ¿Cómo se comparan las dos energías?
  2. 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

  1. ¿Por qué las bolas del medio apenas se mueven, aunque el impulso del choque las atraviesa a todas?
  2. En la zona de pruebas, ¿la bola lejana alguna vez se balancea exactamente tan alto como la altura de liberación? ¿Qué le 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 levantó 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.

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Mecánica

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