Newton'un Beşiği: Momentum ve Enerji Transferi
1 · Tahmin Et
İlk topu h serbest bırakma yüksekliğine geri çekerseniz ve sıraya doğru sallanmasına izin verirseniz, son topun ne kadar hızlı uçtuğunu ne belirler?
- Uzaktaki top, ilk topun çarptığı hız ile hemen hemen aynı hızla ayrılır.
- Ortadaki toplar hareketin bir kısmını emdiği için uzaktaki top daha yavaş ayrılır.
- Uzaktaki top, ilk topun çarpma hızından daha hızlı ayrılır.
2 · Kurulum
- Korumalı alanda Newton'un Beşiği ön ayarını açın.
- Serbest bırakma yüksekliğini ayarlamak için en soldaki topu dışarı ve yukarıya doğru sürükleyin, ardından dinlenme noktasının üzerinde ne kadar yüksekte durduğunu okuyun.
- Topu bırakın ve temas eden topların sırasına doğru aşağı doğru sallanmasına izin verin. Hangi topların uzak tarafa uçtuğunu ve ne kadar yükseğe sallandıklarını izleyin.
3 · Veri Toplayın
| Top kütlesi (kg) | Serbest bırakma yüksekliği (m) | PE'yi serbest bırak (J) | Uzak topun çıkış hızı (m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 0.30 | ||
| 1.00 | 0.50 | ||
| 1.00 | 0.70 |
Üç denemeniz için uzaktaki topun çıkış hızını (y ekseni) bırakma yüksekliğine (x ekseni) göre çizin. İlişki düz bir çizgi mi?
4 · Analiz et
- Her sıra için, salınım PE'sini (mgh) ve ilk topun salınımının alt noktasına ulaşmadan hemen önce sahip olması gereken KE etkisini (½mv², v için ölçülen farSpeed'inizi kullanarak) hesaplayın. İki enerji nasıl karşılaştırılır?
- Eşit kütleli bir zincir için momentum ve kinetik enerjinin korunumunu kullanarak, uzaktaki topun neden (yaklaşık olarak) ilk topun çarpma hızıyla ayrıldığını, aradaki topların ise neredeyse hiç hareket etmediğini açıklayın.
5 · Uzat
- Çarpışmanın etkisi her birinden geçtiği halde ortadaki toplar neden zorlukla hareket ediyor?
- Kum havuzunda uzaktaki top tam olarak sizin bırakma yüksekliğiniz kadar yükseğe sallanır mı? Boşluk (varsa) çarpışmaların gerçekte ne kadar esnek olduğu konusunda size ne anlatıyor?
Bu Deneyin Arkasındaki Fizik
Yerçekimi Potansiyel Enerjisi
Geri çekilen top, ağırlığının çarpımına, onu dinlenme noktasından ne kadar yükseğe kaldırdığınıza eşit enerji depolar; serbest bırakıldığında tüm zincir reaksiyonuna güç veren şey budur.
Kinetik Enerji
Serbest bırakılan top aşağı doğru sallanırken depolanan PE'si KE'ye dönüşür; altta, bu KE, çarpışma zinciri yoluyla neredeyse tamamen uzaktaki topa aktarılan şeydir.