Berço de Newton: quantidade de movimento e transferência de energia
1 · Prever
Se você puxar a primeira bola para trás até uma altura h e deixá-la balançar para dentro da fileira, o que determina a rapidez com que a última bola sai voando?
- A bola distante sai com aproximadamente a mesma velocidade que a primeira bola teve no impacto.
- A bola mais distante sai mais devagar, já que as bolas do meio absorvem parte do movimento.
- A bola distante sai mais rápido que a velocidade de impacto da primeira bola.
2 · Preparar
- Abra a predefinição Newton's Cradle na sandbox.
- Arraste a bola mais à esquerda para fora e para cima para definir uma altura de lançamento e, em seguida, leia a altura em que ela fica acima do ponto de descanso.
- Solte a bola e deixe-a cair na fileira de bolas que se tocam. Observe quais bolas voam do outro lado e a que altura elas balançam.
3 · Coletar Dados
| Massa de bola (kg) | Altura de liberação (m) | Liberar PE (J) | Velocidade de saída da bola distante (m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 0.30 | ||
| 1.00 | 0.50 | ||
| 1.00 | 0.70 |
Trace a velocidade de saída da bola distante (eixo y) em relação à altura de lançamento (eixo x) para suas três tentativas. O relacionamento é uma linha reta?
4 · Analisar
- Para cada linha, calcule o lançamento PE (mgh) e o impacto KE que a primeira bola deve ter pouco antes de atingir o fundo do seu balanço (½mv², usando seu farSpeed medido para v). Como as duas energias se comparam?
- Usando a conservação do momento e da energia cinética para uma cadeia de massas iguais, explique por que a bola distante sai com (aproximadamente) a velocidade de impacto da primeira bola, enquanto as bolas intermediárias quase não se movem.
5 · Aprofundar
- Por que as bolas do meio quase não se movem, embora o impulso da colisão passe por cada uma delas?
- Na caixa de areia, a bola distante balança exatamente na altura da sua altura de lançamento? O que a lacuna (se houver) lhe diz sobre quão elásticas são realmente as colisões?
A física por trás deste experimento
Energia Potencial Gravitacional
A bola puxada para trás armazena energia igual ao seu peso multiplicado pela distância que você a levantou acima do ponto de repouso - é isso que alimenta toda a reação em cadeia, uma vez liberada.
Energia Cinética
À medida que a bola lançada desce, seu PE armazenado é convertido em KE; na parte inferior, esse KE é o que é entregue quase inteiramente à bola distante através da cadeia de colisões.