Маятник Ньютона: передача импульса и энергии

1 · Прогноз

Если оттянуть первый шар на высоту отпускания h и позволить ему ударить по ряду, что определяет скорость вылета последнего шара?

• 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.

2 · Подготовка

1. Откройте пресет «Маятник Ньютона» в песочнице.
2. Оттяните крайний левый шар в сторону и вверх, задав высоту отпускания, затем считайте, насколько высоко он находится над точкой покоя.
3. Отпустите шар и дайте ему удариться о ряд соприкасающихся шаров. Проследите, какой шар (шары) вылетает на дальней стороне и насколько высоко поднимается.

3 · Сбор данных

Постройте скорость вылета крайнего шара (ось y) против высоты отпускания (ось x) для трёх проб. Связь — прямая линия?

4 · Анализ

1. 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?
2. 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.

5 · Развитие

1. Почему средние шары почти не движутся, хотя импульс от столкновения проходит через каждый из них?
2. Поднимается ли в песочнице крайний шар когда-нибудь ровно на высоту отпускания? Что говорит зазор (если есть) об истинной упругости столкновений?

Физика этого эксперимента

← Вернуться к эксперименту