역학
뉴턴 크래들
운동량이 줄을 따라 끝 공으로 전달되는 것을 관찰하세요.
뉴턴 크래들 — 인터랙티브 역학 시뮬레이션. 운동량이 줄을 따라 끝 공으로 전달되는 것을 관찰하세요. 실시간 SI 측정값과 안내형 튜토리얼을 제공하는 무료 브라우저 기반 가상 물리 실험실입니다.
뉴턴 크래들
같은 공들이 일렬로 거의 탄성 충돌을 통해 운동량을 전달합니다 — 끝 공이 크게 튕겨 나가고 나머지는 거의 움직이지 않습니다.
끝 공이 줄을 치면 운동량이 접촉 연쇄를 따라 전달됩니다. 이상적인 경우 마지막 공이 대부분의 운동량을 가지고 나가고 안쪽 공은 거의 정지합니다.
- 줄을 따라 운동량 보존
- 거의 탄성적 접촉
조사 개요
랩을 열기 전에 질문을 계획하세요.
이 브리프는 사전 렌더링된 페이지를 반영합니다. 탐구 질문, 서로 다른 예측, 변수의 역할, 지배 법칙, 설정, 분석 및 확장 질문을 이 순서로 계속 표시합니다.
운전 질문
첫 번째 공을 투하 높이 h까지 뒤로 당겨서 줄 안으로 스윙하게 하면 마지막 공이 얼마나 빨리 날아가는지 결정하는 요인은 무엇입니까?
검토할 예측
- 멀리 있는 공은 임팩트 시 첫 번째 공이 가졌던 속도와 거의 같은 속도로 떠납니다.
- 가운데 공이 움직임의 일부를 흡수하므로 멀리 있는 공은 더 느리게 떠납니다.
- 멀리 있는 공은 첫 번째 공의 충격 속도보다 빠르게 떠납니다.
다양한 역할
설정하는 것:
- 볼 질량 (kg)
- 릴리스 높이 (m)
측정하는 것:
- PE 출시 (J)
- 멀리 있는 공의 출구 속도 (m/s)
실험 진행 방법
- 샌드박스에서 Newton's Cradle 사전 설정을 엽니다.
- 가장 왼쪽의 공을 바깥쪽으로 끌어 위로 올려 놓기 높이를 설정한 다음 공이 휴지점보다 얼마나 높은지 읽어보세요.
- 공을 놓고 터치된 공이 있는 줄로 아래로 스윙하도록 합니다. 어떤 공이 반대편으로 날아가는지, 얼마나 높이 휘두르는지 살펴보세요.
지배방정식
중력 위치 에너지 — PE = m·g·h
당겨 올린 공은 그 무게에 들어 올린 높이를 곱한 만큼의 에너지를 저장합니다 — 이것이 놓았을 때 연쇄 반응 전체를 일으키는 원동력입니다.
운동에너지 — KE = ½·m·v²
방출된 공이 아래로 스윙하면 저장된 PE가 KE로 변환됩니다. 하단에서 KE는 일련의 충돌을 통해 거의 전적으로 먼 공에 전달됩니다.
인쇄용 실험지에서 학생이 계산할 내용
- 각 행에 대해 첫 번째 공이 스윙의 바닥에 도달하기 직전에 가져야 하는 방출 PE(mgh)와 충격 KE를 계산합니다(½mv², v에 대해 측정된 FarSpeed 사용). 두 에너지를 어떻게 비교하나요?
- 동일한 질량의 사슬에 대한 운동량 보존과 운동 에너지를 사용하여 멀리 있는 공이 (대략) 첫 번째 공의 충격 속도로 떠나고 그 사이에 있는 공은 거의 움직이지 않는 이유를 설명하십시오.
실험 밖에서의 활용
- 충돌로 인한 충격이 모든 공을 통과함에도 불구하고 중간 공이 거의 움직이지 않는 이유는 무엇입니까?
- 샌드박스에서 멀리 있는 공이 정확히 투사 높이만큼 높이 스윙합니까? 충돌이 실제로 얼마나 탄력적인지에 대해 간격(있는 경우)은 무엇을 말합니까?
- 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
- 뉴턴의 요람에 오신 것을 환영합니다
- 재생을 누르세요
- 첫 번째 공 선택
- 줄을 따라 전달되는 운동량
- 데이터 열기
- 잘 하셨습니다!
대화형 시뮬레이션을 열어 장면을 빌드하고 재생을 누른 뒤, 실시간 측정 및 가이드 튜토리얼과 함께 탐구해 보세요.