力学
ニュートンクレードル
運動量が列を通って端のボールに伝わるのを観察してください。
ニュートンクレードル — インタラクティブな力学シミュレーション。運動量が列を通って端のボールに伝わるのを観察してください。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
ニュートンクレードル
等しいボールの列はほぼ弾性衝突で運動量を伝えます — 端のボールが大きく振れ、他はほとんど動きません。
端のボールが列に当たると、運動量は接触の連鎖を伝わります。理想的な場合、最後のボールが運動量の大部分を持ち去り、内部のボールはほぼ静止したままです。
- 列に沿って運動量は保存される
- ほぼ弾性的な接触
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
最初の球を放す高さ h まで引き、列へ振り入れたとき、最後の球が飛び出す速さを決めるものは何でしょうか？
検討する予測
- 反対側の球は、衝突直前の最初の球とほぼ同じ速さで飛び出します。
- 中央の球が運動の一部を吸収するため、最後の球は遅くなります。
- 最後の球は最初の球の衝突速度より速く飛び出します。
可変的な役割
設定するもの：
- 球の質量 (kg)
- 放す高さ (m)
測定するもの：
- 放すときの PE (J)
- 端の球の退出速度 (m/s)
実験の進め方
- sandbox で Newton's Cradle プリセットを開きます。
- 左端の球を外側・上方へドラッグして放す高さを設定し、静止位置からの高さを読み取ります。
- 球を放して接触した球列へ振り下ろします。反対側でどの球が飛び出し、どの高さまで振れるか観察します。
支配方程式
重力位置エネルギー — PE = m·g·h
引き上げた球は、静止位置より上げた高さと重さの積に等しいエネルギーを蓄え、放すと列の反応を駆動します。
運動エネルギー — KE = ½·m·v²
球が下へ振れると PE が KE に変わり、底でその KE が衝突列を通じてほぼ全て端の球へ渡されます。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 各行で放すときの PE (mgh) と、最初の球が振り下ろしの底に達する直前の衝突 KE (½mv²、v は測定した端の速度) を計算します。2つのエネルギーを比較します。
- 等質量の列で運動量と運動エネルギーが保存されることを使い、端の球が最初の球の衝突速度（ほぼ）で飛び出し、間の球がほとんど動かない理由を説明します。
実験以外での活用
- 衝突の力積が全ての球を通過するのに、中央の球がほとんど動かないのはなぜですか？
- sandbox で端の球は放した高さと全く同じ高さまで振れますか？差があれば、衝突の弾性について何が分かりますか？
- AP Physics 1 — Unit 4: Linear Momentum
- AP Physics C: Mechanics — Unit 4: Linear Momentum
- IB Physics — A.2 Forces and momentum
- General High School Physics — Momentum & collisions
- NGSS High School Physics — Conservation of momentum
- Middle School Physical Science — Newton's third law and collisions
- ニュートンクレードルへようこそ
- 再生
- 最初のボールを選択
- 列を伝わる運動量
- データを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。