กลศาสตร์
ลูกตุ้มนิวตัน
ดูโมเมนตัมเดินทะลุแถวไปถึงลูกปลาย
ลูกตุ้มนิวตัน — การจำลองกลศาสตร์แบบโต้ตอบ ดูโมเมนตัมเดินทะลุแถวไปถึงลูกปลาย ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
ลูกตุ้มนิวตัน
แถวของลูกบอลขนาดเท่ากันถ่ายโอนโมเมนตัมผ่านการชนที่เกือบยืดหยุ่น — ลูกบอลไกลสุดแกว่งออกในขณะที่ลูกอื่นแทบไม่ขยับ
เมื่อลูกบอลปลายกระทบแถว โมเมนตัมเดินทางผ่านห่วงโซ่การสัมผัส ในกรณีอุดมคติ ลูกบอลสุดท้ายออกไปพร้อมโมเมนตัมส่วนใหญ่ในขณะที่ลูกบอลด้านในเกือบนิ่ง
- โมเมนตัมอนุรักษ์ตลอดแนวแถว
- การชนที่เกือบยืดหยุ่นสมบูรณ์
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
ถ้าดึงลูกแรกไปที่ความสูงปล่อย h แล้วปล่อยให้แกว่งเข้าแถว อะไรกำหนดว่าลูกสุดท้ายจะบินออกเร็วเพียงใด
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- ลูกปลายออกด้วยอัตราเร็วใกล้เคียงที่ลูกแรกมีตอนกระทบ
- ลูกปลายออกช้ากว่า เพราะลูกกลางดูดการเคลื่อนที่ไปบางส่วน
- ลูกปลายออกเร็วกว่าอัตราเร็วตอนกระทบของลูกแรก
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- มวลลูก (kg)
- ความสูงที่ปล่อย (m)
สิ่งที่คุณวัด:
- พลังงานศักย์ที่ปล่อย (J)
- อัตราเร็วออกของลูกปลาย (m/s)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ Newton's Cradle ในแซนด์บ็อกซ์
- ลากลูกซ้ายสุดออกไปด้านนอกและขึ้นบนเพื่อกำหนดความสูงปล่อย แล้วอ่านว่ามันสูงเหนือจุดพักเท่าใด
- ปล่อยลูกให้แกว่งลงเข้าแถวลูกที่แนบชิดกัน ดูว่าลูกใดบินออกฝั่งตรงข้าม และแกว่งสูงเพียงใด
สมการควบคุม
พลังงานศักย์โน้มถ่วง — PE = m·g·h
ลูกที่ถูกดึงกลับสะสมพลังงานเท่ากับน้ำหนักคูณระยะที่ยกเหนือจุดพัก — นี่คือสิ่งที่ขับเคลื่อนปฏิกิริยาลูกโซ่ทั้งหมดเมื่อปล่อย
พลังงานจลน์ — KE = ½·m·v²
ขณะลูกที่ปล่อยแกว่งลง พลังงานศักย์ที่สะสมเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ ณ จุดต่ำสุด พลังงานจลน์นั้นถูกส่งต่อเกือบทั้งหมดให้ลูกปลายผ่านโซ่การชน
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับแต่ละแถว คำนวณพลังงานศักย์ปล่อย (mgh) และพลังงานจลน์ตอนกระทบที่ลูกแรกควรมีก่อนถึงจุดต่ำสุดของการแกว่ง (½mv² โดยใช้ farSpeed ที่วัดได้เป็น v) พลังงานทั้งสองเทียบกันอย่างไร
- ใช้การอนุรักษ์โมเมนตัมและพลังงานจลน์สำหรับโซ่มวลเท่ากัน อธิบายว่าเหตุใดลูกปลายจึงออกด้วย (ประมาณ) อัตราเร็วตอนกระทบของลูกแรก ขณะที่ลูกกลาง ๆ แทบไม่ขยับ
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- เหตุใดลูกกลาง ๆ จึงแทบไม่ขยับ ทั้งที่แรงดลจากการชนผ่านทุกลูก
- ในแซนด์บ็อกซ์ ลูกปลายเคยแกว่งสูงเท่าความสูงปล่อยของคุณพอดีหรือไม่ ช่องว่าง (ถ้ามี) บอกอะไรว่าการชนส์จริง ๆ ยืดหยุ่นเพียงใด
- 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
- ยินดีต้อนรับสู่ ลูกตุ้มนิวตัน
- กดเล่น
- เลือกลูกบอลลูกแรก
- โมเมนตัมตามแถว
- เปิดดูข้อมูล
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ