Підготувала учениця

11-В класу

Бондарєва Антоніна

Кульки Ньютона (маятник Ньютона) - механічна система, придумана ІсаакомНьютоном для демонстрації перетворення енергії різних видів один в одного: кінетичної в потенціальну і навпаки.

Ісаак Ньютон

Кульки Ньютона

У відсутність протидіючих сил (тертя) система могла б діяти вічно, але в реальності ценедосяжно.

Цю популярну іграшку-сувенір, придуману англійським акторомСаймоном Пребблом в 1967 році, які сьогодні часто зустрічаютьсяна письмових столах в кабінетах і офісах, можна помістити і в музей фізики.

Саймон Преббл

Можна нескінченно довго грати з нею, дивлячись на хитні кульки (як дивитися на поточну воду або вогонь). Але знання того, що вона ілюструє закони збереження імпульсу і збереження енергії не тільки не перешкодить, але і додасть особливий сенс спостереженню.

Якщо відхилити першу кульку і відпустити, то його енергія і імпульс передадуться без зміни через три середніх кульки останній, яка придбає ту ж швидкість і підніметься на ту ж висоту. Вона у свою чергу передасть свій імпульс і енергію по ланцюжку знову перші кульці.

Крайні маятники будуть коливатися, а середні кульки будуть покоїтися. Якби не буловтрат механічної енергії внаслідок роботи сил тертя і пружності, то коливання тривалиб вічно, але вони загасають, так як в реальних механічних системах завжди діютьдисипативні сили.

Цікавим є те, що перша кулька передає імпульс останній не безпосередньо, а через середні кульки, які залишаються нерухомими. Картина нагадує розповсюдження пружної хвилі в твердому тілі, тобто передачу пружних збурень і енергії пружної деформації без перенесення речовини (наприклад, звук).

Розглянемо простий випадок, коли рухома куля стикається з такою самою кулею(«Колиски Ньютона» всього з двох кульок). Зіткнення пружне і центральне (саме такеспостерігається в ідеальної «Колиски Ньютона»).

Щоб знайти швидкості куль після пружного зіткнення, треба записати рівняння закону збереження імпульсу для такої системи і рівняння закону збереження енергії і вирішити отриману систему рівнянь. Результат відомий: рухомий куля зупиняється, а нерухомі набувають швидкість першого.

У колисці Ньютона перший кульку передає імпульс другий кульці і зупиняється. Ми не бачимо, як друга кулька отримує імпульс від першої, не «бачимо» її швидкість. Але, якщо придивитися: кулька ледь помітно «здригається», тобто рухається з отриманої швидкістю, але на маленькому шляху «із-за тісноти».

Але вона встигає на цьому короткому шляху віддати імпульс третій кульці і зупинитися. Те ж з третьою кулькою і т. д. Остання кулька не має перед собою, кому передати свій імпульс, тому вільно рухається, піднімаючись на висоту, потім повертається, і все повторюється у зворотному напрямку.

«Колиска Ньютона» можна виготовити самостійно. Кульки треба підвішувати на двох підкутом один до одного нитках, щоб площина коливань кульок зберігалася постійною, і удари були центральними.

Найбільша Колиска Ньютона в світі знаходиться в м. Каламазу (штат Мічиган, США). У ній 16 боулінг-куль, масою 6,8 кг кожен, підвішених на нитках довжиною 6,1 м на висоті 1 м від підлоги.