2. Кульки Ньютона (маятник Ньютона) - механічна система, придумана Ісааком
Ньютоном для демонстрації перетворення енергії різних видів один в одного:
кінетичної в потенціальну і навпаки.
Кульки Ньютона
Ісаак Ньютон
4. Цю популярну іграшку-сувенір,
придуману англійським актором
Саймоном Пребблом в 1967 році,
які сьогодні часто зустрічаються
на письмових столах в кабінетах і
офісах, можна помістити і в
музей фізики.
Саймон Преббл
5. 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.
6. 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 було
втрат механічної енергії внаслідок роботи сил тертя і пружності, то коливання тривали
б вічно, але вони загасають, так як в реальних механічних системах завжди діють
дисипативні сили.
7. 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).
8. Розглянемо простий випадок, коли рухома куля стикається з такою самою кулею
(«Колиски Ньютона» всього з двох кульок). Зіткнення пружне і центральне (саме таке
спостерігається в ідеальної «Колиски Ньютона»).
9. 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.
10. 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».
11. 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.
12. «Колиска Ньютона» можна виготовити самостійно. Кульки треба підвішувати на двох під
кутом один до одного нитках, щоб площина коливань кульок зберігалася постійною, і
удари були центральними.
13. 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.
