כיצד להשתמש בעריסת הניוטון?
זה דומה לאופן שבו כוח המשיכה ממיר את האנרגיה הקינטית של הכדורים בעריסה לאנרגיה פוטנציאלית, וכיצד הכדורים עוברים לאורך האנרגיה הקינטית והמומנטום דרך התנגשויות אלסטיות מאוד.
עריסת ניוטון היא מכשיר המשמש כקישוט שולחן וכלי להסבר היסודות הבסיסיים של הפיזיקה. הוא נבנה על ידי הרכבה של סדרת כדורים על חוטים על מוט משותף. בדרך כלל, ישנם 5 כדורים, וכאשר מותר לאחד לפגוע באחרים, אנרגיה מועברת מקצה לקצה. בין אם אתה מורה, סטודנט או סתם אדם סקרן, אתה יכול ללמוד הרבה על מושגים פיזיים רק על ידי משחק עם ערש ניוטון.
חלק 1 מתוך 3: שימוש בעריסת הניוטון
- 1התחל על ידי משיכת כדור אחד לאחור. ככל שתמשוך את הכדור לאחור כך תתן לו יותר אנרגיה פוטנציאלית. זו אנרגיה פוטנציאלית נוצרה בגלל רגשת את הכדור אלי נקודה גבוהה, ועכשיו יש לו את הפוטנציאל לנפול כאשר שוחרר.
- 2שחרר את הכדור. זה יאפשר לכדור ליפול, והמיר את האנרגיה הפוטנציאלית שלו לאנרגיה קינטית. הדבר החשוב הנוסף שקורה הוא שהכדור תופס תאוצה. המומנטום הזה, כמו גם האנרגיה, לא יכולים פשוט להיעלם כאשר הכדור מגיע לקרקעית. חייבים לשמור עליו.
- 3צפו איך האנרגיה והמומנטום עוברים מהכדור הראשון לכדור האחרון. בסופו של דבר, זה החלק המשעשע של ערש הניוטון. כאשר הכדור הראשון מגיע לקרקעית ומכה בכדור השני, הוא נעצר. המומנטום והאנרגיה הקינטית שצבר הכדור במהלך נפילתו מועברים דרך הכדורים האמצעיים ומועברים לכדור האחרון, שמתנדנד החוצה מהכדורים האחרים.
- 4התבונן במחזור שיצרת. מומנטום ואנרגיה ימשיכו לעבור מהכדור בצד אחד של העריסה לכדור בקצה השני. בהדרגה האנרגיה והמומנטום יתפוגגו. זה יתבטא בכך שהגובה המקסימלי של הכדורים היה קצת נמוך יותר בכל פעם לפני כן.
- ברגע שהכדור האחרון מתנדנד ומתרחק מהאחרים, כוח המשיכה לא יאפשר לו פשוט להישאר שם. זה יגיע לנקודת שיא שגובהה כמעט של גובה ההתחלה של הכדור הראשון.
- בשלב זה, הכדור ימיר את כל האנרגיה הקינטית שלו לאנרגיה פוטנציאלית. בחזרה בסתיו למטה המתגיירים האחורי אנרגיה פוטנציאלית לאנרגיה קינטית ותנע, אז מעביר בחזרה אלה באמצעות כדורים באמצע לתוך הראשונה.
- כעת, הכדור הראשון מתנדנד שוב והמחזור נמשך זמן רב.
- 5כוונן את הניסוי על ידי משיכת 2 כדורים לאחור. המומנטום שווה למסה שזזה כפול המהירות (ולא המהירות) שהיא נעה. מכיוון שיש לשמור על המומנטום הזה, שני הכדורים בקצה יידחקו מהכדור המרכזי במקום רק 1. מלבד 2 כדורים בכל קצה שנע, המחזור ימשיך ממש כאילו משכת כדור אחד לאחור.
- 6תיהני להתנסות. נסה לעשות 3 או 4 כדורים ולראות מה קורה. אתה יכול גם למשוך את הכדור / ים לאחור פחות או יותר בכדי לכוונן את כמות האנרגיה איתם הם מתחילים. אם אתה נותן לזה, זה יכול לבדר אותך די הרבה זמן.
- רמז: מספר הכדורים שתמשוך לאחור יהיה אותו מספר שמתנדנד בקצה השני.
חלק 2 מתוך 3: הבנה (או לימוד) כיצד פועלת העריסה של הניוטון.
חלק 2 מתוך 3: הבנה (או לימוד) כיצד פועלת העריסה של הניוטון
- 1שים לב כיצד האנרגיה הפוטנציאלית והקינטית נבדלות. אנרגיה פוטנציאלית מאוחסנת ונובעת ממיקום אובייקט או מסידור חלקי האובייקט. ניתן להמיר אנרגיה פוטנציאלית לאנרגיה קינטית. אנרגיה קינטית מגיעה מתנועה של אובייקט.
- 2הראה שיש לחסוך באנרגיה באמצעות העריסה. חוסר היכולת ליצור או להרוס אנרגיה הוא נושא מרכזי בתרמודינמיקה. משמעות הדבר היא כי כל האנרגיה שתציג למערכת (באמצעות הרמת הכדור הראשון) חייבת להישמר במערכת. המשמעות היא שעל האנרגיה להמשיך לנוע במערכת גם לאחר שהכדור הראשון מגיע לתחתית ועוצר.
- אתה יכול לראות את זה קורה כאשר הכדור האחרון עולה כמעט לגובה זהה לזה הראשון.
- 3שימו לב כי המומנטום נשמר גם בעריסה. לא רק האנרגיה של המערכת נשמרת, אלא גם המומנטום נשמר. זו הסיבה שמספר זהה של כדורים מתנדנד בכל צד באותה מהירות. המומנטום הוא לא יותר מכמה מסתיים המהירות שבה הוא נע.
- במקרה של העריסה, ניתן למצוא את המומנטום על ידי הכפלת המהירות בה הכדור נופל מהנקודה הגבוהה ביותר במסת הכדור.
- 4חשבו מדוע הכדור האחרון אינו ממשיך בדרכו כלפי מעלה. נראה כי מכיוון שהמומנטום נשמר, ברגע שהכדור האחרון משוגר הרחק מהאחרים, הוא ימשיך לנסוע מעלה ומשם. תיאורטית זה היה קורה אלמלא כוח המשיכה. כוח הכבידה פועל על הכדור תוך כדי תנועה כלפי מעלה ומאט אותו. כשזה קורה, אנרגיה קינטית מומרת חזרה לאנרגיה פוטנציאלית והמומנטום מצטמצם.
- ברגע שהכדור מגיע לשיא השיא, כוח הכבידה הופך תפקידים וממיר את האנרגיה הפוטנציאלית לאנרגיה קינטית ולמומנטום, אך בכיוון כלפי מטה במקום בכיוון כלפי מעלה.
- 5שים לב שהעריסה תיפסק. במערכת אידיאלית האנרגיה והמומנטום היו מועברים קדימה ואחורה מצד אחד של העריסה למשנהו במשחק אינסופי של תג. עם זאת, העולם האמיתי אינו מה שפיזיקה רואה במערכת "אידיאלית". חיכוך הוא כוח שמאט את תנועת הכדורים.
- במקרה זה, כוח החיכוך המעכב נובע משילוב של גורמים. ישנה התנגדות אוויר קטנה במידה והכדורים נעים מעלה ומטה. תהיה גם קצת אנרגיה שתאבד לחום כאשר הכדורים יתנגשו זה בזה. אפילו הצליל שאתה שומע הוא רטט המפסיד לאט את האנרגיה מהעריסה.
זה יאפשר לכדור ליפול, והמיר את האנרגיה הפוטנציאלית שלו לאנרגיה קינטית.
חלק 3 מתוך 3: שימוש בעקרונות מאחורי ערש ניוטון במקום אחר
- 1להקפיץ כדור מקפיץ. כדורים קופצניים עשויים מחומרים אלסטיים במיוחד, כלומר כאשר הם מתנגשים במשטח הם לא מאבדים הרבה אנרגיה. במקום זאת, ההתנגשות מעוותת את הכדור (על ידי כך שהוא דוחס ומשנה את האנרגיה הקינטית לאנרגיה פוטנציאלית) ואז הכדור קופץ (או קופץ) חזרה לצורה. פעולת הקפיצה חזרה לצורה ממירה את האנרגיה הפוטנציאלית החדשה בחזרה לאנרגיה קינטית, אלא שכעת המומנטום הוא בכיוון ההפוך.
- זה דומה לאופן שבו כוח המשיכה ממיר את האנרגיה הקינטית של הכדורים בעריסה לאנרגיה פוטנציאלית, וכיצד הכדורים עוברים לאורך האנרגיה הקינטית והמומנטום דרך התנגשויות אלסטיות מאוד. כאשר הכדור עולה, כוח הכבידה פועל עליו בדיוק באותה הדרך כמו הכדורים בעריסת ניוטון.
- 2שחקו משחק בריכה. כדורי בריכה, כמו הכדורים על ערש הניוטון, קשים ונוגעים זה עם זה בצורה אלסטית ביותר. אנרגיה מוכנסת למערכת על ידי מכה בכדור הרמז עם הרמז. הכדור הזה נוסע עד שהוא פוגע בכדור אחר ועוצר. המומנטום מכדור הרמז נשמר על ידי העברתו לכדור המטרה, ובתורו העברת כדור המטרה לאורך השולחן.
- 3השתמש במקל פוגו. זוהי דרך אינטראקטיבית מאוד להרגיש את העקרונות הללו. מקל פוגו פועלת באותו אופן כמו כדור קופצני יותר או פחות. ההבדל הגדול ביותר הוא שאתה על המקל, כך שאתה ממש יכול להרגיש כמה מהכוחות האלה פועלים!
הנפילה חזרה למטה ממירה את האנרגיה הפוטנציאלית בחזרה לאנרגיה קינטית ולמומנטום, ואז מעבירה אותם בחזרה דרך הכדורים האמצעיים לראשונים.
- הקפד להחזיק את המיתר חזק כשמשוך את הכדורים לאחור. אם יש לך רפיון במחרוזת זה יכול להשפיע על התוצאות.
- אל תשתמש בעריסת ניוטון במשרד צפוף. יש אנשים שיימצאו את זה מאוד מרגיע; אחרים ימצאו את זה מאוד מעצבן.
- אם משתמשים בכדורים במסה משתנה בעריסת ניוטון העקרונות עדיין מתקיימים, אך התוצאות נראות אחרת.
- זהו כלי נהדר לשיעור מדעים.
- אם תבחר להשתמש במקל פוגו, חבוש קסדה וכריות ברכיים ומרפקים.
שאלות ותשובות
- איך אוכל למנוע מהעריסה להפסיק? ניסיתי כמה פעמים.זה בלתי אפשרי. חיכוך וכוח המשיכה יאטו בהכרח את ערש ניוטון עד עצירה מוחלטת.
