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 놓는 높이 h까지 뒤로 당겼다가 놓아 공들 사이로 진입시키면, 마지막 공이 얼마나 빨리 튀어 나가는지를 결정하는 것은 무엇일까요?
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 놓아 맞닿은 공들 사이로 진입해 아래로 흔들려 내려가게 하세요. 반대편에서 어떤 공이 튀어 나가는지, 얼마나 높이 올라가는지 관찰하세요.
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
놓은 공이 아래로 내려오면서 저장된 위치에너지가 운동에너지로 바뀌고, 가장 아래 지점에서 이 운동에너지가 연쇄 충돌을 통해 거의 그대로 먼 쪽 공에 전달됩니다.
인쇄용 실험지에서 학생이 계산할 내용
- 각 행에 대해 첫 번째 공이 가장 아래 지점에 도달하기 직전 가져야 할 방출 PE(mgh)와 충돌 KE(½mv², v는 측정한 멀리 있는 공의 출구 속도)를 계산합니다. 측정된 출구 속도는 이상값 √(2gh)보다 몇 퍼센트 낮게 나올 것으로 예상하세요 — 연쇄의 각 충돌마다 소량의 에너지가 손실되므로, 이상값의 약 10% 이내에 들어오면 예측이 확인된 것입니다. 두 에너지는 어떻게 비교되나요?
- 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 놓은 높이만큼 정확히 올라가는 경우가 있나요? 차이가 있다면, 그 차이는 충돌이 실제로 얼마나 탄성적인지에 대해 무엇을 말해 줄까요?
- 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.