Колыбель Ньютона

opg_1947_19828917.jpgЭту популярную игрушку-сувенир, придуманную английским актёром Саймоном Преббле  в 1967 году, а сегодня часто встречаемую на письменных столах в кабинетах и офисах, можно поместить и в музей физики. Можно бесконечно долго играть с ней, глядя на качающиеся шарики (как смотреть на текущую воду или огонь). Но знание того, что она  иллюстрирует законы сохранения импульса и  сохранения энергии,  не только не помешает, но и придаст особый смысл наблюдению.

 

 

Посмотрите в анимации, как она действует, отклонив 1, 2 или 3 шарика.

newtoncradle.jpg

Если отклонить первый шарик и отпустить, то его энергия и импульс передадутся без изменения через три средних шарика последнему, который приобретёт ту же скорость и поднимется на ту же высоту. Он в свою очередь передаст свой импульс и энергию по цепочке снова первому шарику. Крайние маятники будут колебаться, а средние шарики будут покоиться. Если бы не было потерь механической энергии вследствие работы сил трения и упругости, то колебания продолжались бы вечно, но они затухают, т.к. в реальных механических системах всегда действуют диссипативные силы.

Интересным является то, что первый шарик передаёт импульс последнему не непосредственно, а через средние шарики, которые остаются неподвижными. Картина напоминает распространение упругой волны в твёрдом теле, т.е. передачу упругих возмущений и энергии упругой деформации без переноса вещества (например, звук). (Вопрос: будет ли передаватся импульс, если оставить два крайних шарика, а средние заменить подвешенным металлическим стержнем?)

Рассмотрим простой случай, когда движущийся шар сталкивается с таким же покоящимся шаром (Колыбель Ньютона всего из двух шариков). Столкновение упругое и центральное (именно такое наблюдается в идеальной Колыбели Ньютона). Чтобы найти скорости шаров после упругого столкновения, надо записать уравнение закона сохранения импульса для такой системы и уравнение закона сохранения энергии и решить полученную систему уравнений. Результат известен: движущийся шар останавливается, а покоящийся приобретает скорость первого.

colla.gif

В колыбели Ньютона первый шарик передаёт импульс второму шарику и останавливается. Мы не видим, как второй шарик получает импульс от первого, не «видим» его корость. Но, это только в компьютерной идеальной модели, а если наблюдать реальную колыбель Ньютона, то увидим, что шарик заметно «вздрагивает», т.е. он движется с полученной скоростью, но на маленьком пути. Но он успевает на этом коротком пути отдать импульс третьему шарику. То же с третьим шариком и т.д. Последний шарик не имеет перед собой, кому передать свой импульс, поэтому свободно движется, поднимаясь на высоту h, затем возвращается, и всё повторяется в обратном направлении.

Можно купить готовую «Колыбель Ньютона» или изготовить самим. Шарики надо подвешивать на двух под углом друг к другу нитях, чтобы плоскость колебаний шариков сохранялась постоянной, и удары были центральными. Самая большая Колыбель Ньютона в мире находится в г. Kalamazoo (штат Мичиган, США). В ней 16 боулинг-шаров, массой 6,8 кг каждый, подвешенных на нитях длиной 6,1 м на высоте 1 м от пола.

Самая большая в мире Колыбель Ньютона

 

 

 

google.com bobrdobr.ru del.icio.us technorati.com linkstore.ru news2.ru rumarkz.ru memori.ru moemesto.ru

17 ответов to “Колыбель Ньютона”

  1. Классная вещь :) Я отчего-то считал раньше, что в итоге она все-таки останавливается.. энтропия и все такое.. ну, не физик, не физик..

  2. С шарами для боулинга чуваки отожгли…только вот у меня вопрос: на кой хрен им это понадобилось?! ппц я фигею…

  3. хочу себе такую штучку!

  4. Наипишите кто-нибудь,пожалуйста,где можно купить такую штуку. Очень нужно,практически вопрос жизни и смерти=) а я нигде не могу найти

  5. Мда) Шары для боулинга – круть)

  6. С шарами конечно насмешили)

  7. Молодцы. Мы и не такое в своё время чудили.

  8. Это точно. Так что шары для боулинга – это еще цветочки. Но всё же молодцы.

  9. Молодцы, так держать. Может среди вас найдется новый Ньютон или Архимед.

  10. Молодцы.

  11. Мне кажется, шары для боулинга – перебор.

  12. На входе ВВЦ стоит сине-белая будка с сувенирами, там они есть за весьма символичные по московским меркам деньги :)

  13. Давайте лучше поговорим как их можно сделать самому?

  14. Купил такие шарики. Made in China, мать бы её так ту Чину ). Работают секунд 5 и всё (

  15. шары для боулинга это что тут некие люди из бабов для сноса зданий сделали колыбель ньютона это круто

  16. Это фейк (про то, что было в видео с бобами для сноса зданий). Повторение увиденного на видео в лице Разрушителей мифов/легенд можно посмотреть в одной из серий последнего сезона. Они попробовали повторить все так же, как на видео, но ничего не вышло- всего было 2-3 качания здоровенных шаров. Все зависит от массы. Маленькие шарики лучше и дольше представляют принцип работы Колыбели Ньютона.

  17. мокрышев в.в.:

    Колыбыль ньютона в виде «маятника ньютона» была модернизирована в 1992 г. в авторском порядке в патенте РФ № 2062001 от 23.07.92 «Радиоэлектронный блок», автор Мокрышев В.В. Техническое решение нового маятника ньютона представлено на фиг. 20 в виде энергопоглощающего устройства. так что вперед к новым разработкам для импортозамещения. Пора активизировать творческий процесс в вузах.

Оставьте комментарий