Механика
Маятник Ньютона
Проследите, как импульс проходит через ряд к крайнему шару.
Маятник Ньютона — интерактивная симуляция (Механика). Проследите, как импульс проходит через ряд к крайнему шару. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Маятник Ньютона
Ряд одинаковых шаров передаёт импульс через почти упругие столкновения — крайний шар вылетает, остальные едва движутся.
Когда крайний шар ударяет по ряду, импульс проходит через цепочку контактов. В идеальном случае последний шар уносит большую часть импульса, а внутренние шары остаются почти неподвижными.
- Импульс сохраняется вдоль ряда
- Почти упругие контакты
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Если оттянуть первый шар на высоту отпускания h и позволить ему ударить по ряду, что определяет скорость вылета последнего шара?
Прогнозы для взвешивания
- Крайний шар вылетает примерно с той же скоростью, какую имел первый шар в момент удара.
- Крайний шар вылетает медленнее, так как средние шары поглощают часть движения.
- Крайний шар вылетает быстрее скорости удара первого шара.
Роли переменных
Что вы задали:
- Масса шара (kg)
- Высота отпускания (m)
Что вы измеряете:
- ПЭ отпускания (J)
- Скорость вылета крайнего шара (m/s)
Как идёт исследование
- Откройте пресет «Маятник Ньютона» в песочнице.
- Оттяните крайний левый шар в сторону и вверх, задав высоту отпускания, затем считайте, насколько высоко он находится над точкой покоя.
- Отпустите шар и дайте ему удариться о ряд соприкасающихся шаров. Проследите, какой шар (шары) вылетает на дальней стороне и насколько высоко поднимается.
Определяющее уравнение
Гравитационная потенциальная энергия — PE = m·g·h
Оттянутый шар запасает энергию, равную его весу, умноженному на высоту подъёма над точкой покоя, — именно она питает всю цепную реакцию после отпускания.
Кинетическая энергия — KE = ½·m·v²
При опускании отпущенного шара его запасённая ПЭ переходит в КЭ; у нижней точки эта КЭ почти целиком передаётся крайнему шару через цепочку столкновений.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для каждой строки вычислите ПЭ отпускания (mgh) и КЭ удара, которую первый шар должен иметь у нижней точки размаха (½mv², используя измеренную скорость вылета как v). Как соотносятся эти две энергии?
- Используя сохранение импульса и кинетической энергии для цепочки равных масс, объясните, почему крайний шар вылетает (приближённо) со скоростью удара первого, а шары между ними почти не движутся.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Почему средние шары почти не движутся, хотя импульс от столкновения проходит через каждый из них?
- Поднимается ли в песочнице крайний шар когда-нибудь ровно на высоту отпускания? Что говорит зазор (если есть) об истинной упругости столкновений?
- 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
- Добро пожаловать к маятнику Ньютона
- Нажмите Play
- Выберите первый шар
- Импульс по ряду
- Откройте данные
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →