Zabawka składa się z kilku stalowych kulek zawieszonych na dwóch żyłkach w ten sposób, że wszystkie kulki stykają się wzdłuż wspólnej poziomej osi i mogą kołysać się w płaszczyźnie pionowej zawierającej tę oś.
Spróbujmy poeksperymentować z wahadłem odchylając jedną, dwie i więcej kulek pozwalając zderzać się ze spoczywającymi.
Wahadło Newtona nadaje się szczególnie do pół-ilościowej analizy właściwości zderzeń i bardzo poglądowego przedstawienia zasady zachowania energii i pędu. Rozpatrzymy tutaj szczegółowo trzy szczególne przypadki.
1. Zderzenie dwóch kul Podnosimy kulkę trzymając napięte żyłki, po czym puszczamy pozwalając uderzyć jej w drugą kulkę będącą w spoczynku: można zaobserwować, że pierwsza kulka zatrzymuje się podczas zderzenia, a druga jest odbijana i osiąga tą samą wysokość z jakiej puszczona była pierwsza. Opadając druga kulka uderza ponownie pierwszą, która znowu znajduje się w położeniu początkowym. Aby zrozumieć co się stało musimy zacząć od dwóch wstępnych założeń: a) z powodu sposobu zawieszenia kulek ich droga jest ustalona, więc zderzenia są centralne; b) zderzenia są prawie doskonale sprężyste. W takim przypadku prawa fizyki pozwalają nam na napisanie prostych związków opisujących szybkość kulki przed i po zderzeniu, przez założenie że energia kinetyczna i pęd całego układu są zachowane. Bez wchodzenia w szczegóły rachunkowe rezultaty dowodzą, że podczas zderzenia zawieszone kulki zmieniają swoją prędkość: jedna zatrzymuje się, podczas gdy druga nabiera takiej samej prędkości jaką pierwsza miała tuż przed zderzeniem. |
|
2. Zderzenie trzech kulek (przypadek pierwszy) Rozpatrzmy zderzenie trzech kulek, gdy jedna z nich uderza a pozostałe są w spoczynku. Po zderzeniu tylko ostatnia w rzędzie porusza się do góry i osiąga tę samą wysokość, z której rozpoczęła swój ruch pierwsza kulka. Gdy kulki są w minimalnej odlegości od siebie, możemy interpretować wynik jako nastepujące sekwencyjnie zderzenia. Istnieje możliwość aby użyć przykładu zderzenia pomiędzy dwiema kulkami aby zrozumieć co się stało: po prostu obserwujemy zmiany prędkosci między pierwszą i drugą kulką oraz dokładnie w ten sam sposób między drugą i trzecią. |
|
3. Zderzenie trzech kulek (przypadek drugi) Podnosimy dwie kulki po tej samej stronie, np. po lewej, puszczamy je i pozwalamy uderzyć w trzecią znajdującą się w spoczynku. Możemy zaobserwować, że jedna z puszczonych kulek (zewnętrzna) zatrzymuje się, podczas gdy druga, porusza się dalej razem z kulką będącą wcześniej w spoczynku. Co więcej, te dwie kulki osiągają tę samą wysokość z jakiej była puszczona na początku para. Także ten wynik może być wyjaśniony jako zderzenie zachodzące sekwencyjnie: kula pierwsza z prawej uderza tę będącą w spoczynku, w ten sposób zmieniają one swoje prędkości; następnie druga z puszczonych kul uderza centrealnie pierwszą, teraz będącą w spoczynku, i odrzuca ją z tą samą prędkością. Wszystko zachodzi w tak krótkim czasie, że kulki wyglądają tak, jakby wszytkie poruszały się jednocześnie. |
Teraz możemy rozpatrzyć całą zabawkę z wszystkimi pięcioma kulkami i obserwować szeroki wachlarz ruchów. Zauważymy dziwne i zachwycające trajektorie, przekraczające naszą wyobraźnię!
| Patrz także: inne zabawki, pojęcia i zjawiska związane: | |
| Energia (Zas. zach. energii): |
Doświadczenie na deser
Wstający bączek
Młynek Croksa
Schodząca sprężyna
Słoneczne baterie
Spadające piłeczki
Kroczące zwierzaki
Kamień Celtycki
|
| Pęd (zas. zach. pędu) | Młynek Croksa Spadające piłeczki |
| Zderzenia | Kula plazmowaMłynek Croksa Spadające piłeczki |