Механіка

Колиска Ньютона

Спостерігайте, як імпульс проходить крізь ряд до найдалішої кулі.

Колиска Ньютона — інтерактивне моделювання: Механіка. Спостерігайте, як імпульс проходить крізь ряд до найдалішої кулі. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Колиска Ньютона

Ряд однакових куль передає імпульс крізь майже пружні зіткнення — дальня куля вилітає, а інші майже не рухаються.

Коли крайня куля ударяє в ряд, імпульс мандрує крізь ланцюг контактів. В ідеальному випадку остання куля забирає більшість імпульсу, а внутрішні кулі лишаються майже нерухомими.

• Імпульс зберігається вздовж ряду
• Майже пружні контакти

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Якщо відтягнути першу кулю на висоту відпускання h і відпустити її в ряд, що визначає, як швидко вилітає остання куля?

Прогнози для зважування

• Дальня куля вилітає приблизно з тією самою швидкістю, яку мала перша куля при ударі.
• Дальня куля вилітає повільніше, бо середні кулі поглинають частину руху.
• Дальня куля вилітає швидше за ударну швидкість першої кулі.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Маса кулі (kg)
• Висота відпускання (m)

Що ви вимірюєте:

• PE відпускання (J)
• Швидкість вильоту дальньої кулі (m/s)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет «Колиска Ньютона» у пісочниці.
2. Перетягніть крайню ліву кулю в бік і вгору, задавши висоту відпускання, і зчитайте, наскільки високо вона сидить над точкою спокою.
3. Відпустіть кулю й дозвольте їй ударити в ряд дотичних куль. Спостерігайте, які кулі вилітають на дальньому боці і на яку висоту підіймаються.

Керівне рівняння

Гравітаційна потенціальна енергія — PE = m·g·h

Відтягнута куля запасає енергію, рівну її вазі, помноженій на висоту підйому над точкою спокою, — саме вона живить усю ланцюгову реакцію після відпускання.

Кінетична енергія — KE = ½·m·v²

Коли відпущена куля опускається, її запасена PE перетворюється на KE; у нижній точці саме ця KE майже повністю передається дальній кулі крізь ланцюг зіткнень.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для кожного рядка обчисліть PE відпускання (mgh) та ударну KE, яку має мати перша куля безпосередньо перед нижньою точкою траєкторії (½mv², використайте виміряну farSpeed як v). Як порівнюються ці дві енергії?
• Використовуючи збереження імпульсу та кінетичної енергії для ланцюга однакових мас, поясніть, чому дальня куля вилітає (приблизно) з ударною швидкістю першої, а кулі між ними майже не рухаються.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Чому середні кулі майже не рухаються, хоча імпульс від зіткнення проходить крізь кожну з них?
• У пісочниці чи коли-небудь дальня куля підіймається рівно на висоту відпускання? Що каже цей розрив (якщо є) про те, наскільки пружними є зіткнення насправді?

• 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

1. Вітаємо в колисці Ньютона
2. Натисніть «Запустити»
3. Виберіть першу кулю
4. Імпульс уздовж ряду
5. Відкрийте дані
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Закон збереження імпульсу