Newtonovo kyvadlo: prenos hybnosti a energie

1 · Predikuj

Ak zatiahneš prvú loptu do výšky pustenia h a necháš ju swingovať do radu, čo určuje, ako rýchlo vyletí posledná lopta?

2 · Priprav

  1. Otvor predvolbu Newtonovo kyvadlo v sandboxe.
  2. Presuň najľavejšiu loptu von a nahor na nastavenie výšky pustenia, potom odčítaj, ako vysoko sedí nad svojím bodom odpočinku.
  3. Pusti loptu a nech ju klesnúť do radu dotýkajúcich sa lôpt. Sleduj, ktoré lopty vyletia na opačnej strane a ako vysoko sa vyhupnú.

3 · Zbieraj údaje

Hmotnosť lopty (kg)Výška pustenia (m)PE pustenia (J)Rýchlosť odchodu vzdialenej lopty (m/s)
1.000.30
1.000.50
1.000.70

Zaznamenaj rýchlosť odchodu vzdialenej lopty (os y) verzus výšku pustenia (os x) pre svoje tri pokusy. Je závislosť priamka?

4 · Analyzuj

  1. Pre každý riadok vypočítaj PE pustenia (mgh) a nárazovú KE, ktorú by prvá lopta mala mať tesne pred dosiahnutím spodku kývnutia (½mv², s použitím nameraného farSpeed za v). Ako sa dve energie porovnávajú?
  2. Pomocou zachovania hybnosti a kinetickej energie pre reťazec rovnakých hmotností vysvetli, prečo vzdialená lopta odchádza (približne) nárazovou rýchlosťou prvej lopty, kým lopty medzi nimi sa sotva pohnú.

5 · Rozšír

  1. Prečo sa prostredné lopty sotva hýbu, hoci impulz zo zrážky prechádza každou z nich?
  2. V sandboxe sa vzdialená lopta niekedy vyhupne presne do výšky pustenia? Čo ti medzera (ak existuje) hovorí o tom, ako pružné zrážky naozaj sú?

Fyzika za týmto experimentom

Gravitačná potenciálna energia

Zatiahnutá lopta ukladá energiu rovnú svojej tiaže krát vzdialenosť, o ktorú si ju zdvihol nad bod odpočinku — toto poháňa celú reťazovú reakciu po pustení.

Kinetická energia

Ako sa pustená lopta kýve nadol, jej uložená PE sa mení na KE; pri spodku je to tá KE, ktorá sa prenáša takmer celá na vzdialenú loptu cez reťaz zrážok.

← Späť na experiment

Mechanika

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky