Culla di Newton: trasferimento di quantità di moto ed energia

1 · Prevedi

Se tiri indietro la prima palla a un'altezza di rilascio h e la lasci oscillare contro la fila, cosa determina la velocità con cui l'ultima palla schizza fuori?

• La palla lontana parte all'incirca con la stessa velocità che la prima aveva all'impatto.
• La palla lontana parte più lentamente, perché le palle centrali assorbono parte del moto.
• La palla lontana parte più veloce della velocità d'impatto della prima.

2 · Configurazione

1. Apri il preset Culla di Newton nella sandbox.
2. Trascina la palla più a sinistra verso l'esterno e in alto per impostare un'altezza di rilascio, poi leggi quanto sta sopra il suo punto di riposo.
3. Rilascia la palla e lasciala scendere sulla fila di palle a contatto. Osserva quale palla (o palle) schizza fuori dal lato opposto, e quanto sale.

3 · Raccogli dati

Traccia la velocità d'uscita della palla lontana (asse y) contro l'altezza di rilascio (asse x) per le tre prove. La relazione è una retta?

4 · Analizza

1. Per ogni riga calcola la PE di rilascio (mgh) e la KE d'impatto che la prima palla dovrebbe avere in fondo alla sua corsa (½mv², usando la farSpeed misurata come v). Aspettati che la tua farSpeed misurata risulti di qualche punto percentuale inferiore al valore ideale √(2gh) — ogni collisione della catena perde un po' di energia, quindi una lettura entro circa il 10% del valore ideale conferma la previsione. Come si confrontano le due energie?
2. Usando conservazione di quantità di moto ed energia cinetica per una catena di masse uguali, spiega perché la palla lontana esce (circa) con la velocità d'impatto della prima, mentre le palle in mezzo si muovono appena.

5 · Estendi

1. Perché le palle centrali si muovono appena, anche se l'impulso dell'urto passa attraverso ciascuna di loro?
2. Nella sandbox, la palla lontana sale mai esattamente quanto la tua altezza di rilascio? Cosa ti dice il divario (se c'è) su quanto sono davvero elastici gli urti?

La fisica dietro questo esperimento

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