Tentang ayunan Newton | Momentum, energi, dan klik

Deretan bola yang identik

Ayunan Newton adalah sebuah rangka dan deretan bola logam identik pada tali yang sama panjang. Saat diam, bola-bola hanya saling menyentuh. Setiap bola adalah pendulum yang sama: massa yang sama, panjang yang sama, ayunan yang sama.

Yang Anda lihat

Anda mengangkat bola di satu ujung lalu melepas. Ia jatuh dan menabrak bola berikutnya. Energi dan momentum berjalan melalui bola-bola di tengah, yang hampir tidak bergerak. Hanya bola di ujung lain yang berayun naik, dengan kelajuan yang hampir sama. Dua diangkat, dua berayun keluar di sisi lain. Tiga diangkat, tiga keluar. Jumlah yang pergi sama dengan jumlah yang datang.

Kekekalan momentum

Momentum adalah massa kali kecepatan. Dalam sistem tertutup jumlahnya tidak berubah. Klik begitu singkat sehingga tali tidak sempat menarik, jadi pada saat itu bola-bola adalah sistem tertutup. Momentum yang tiba di satu sisi pergi di sisi lain. Pada sisa ayunan tali memang menarik ke samping. Momentum mendatar bola-bola saja tidak tetap saat itu. Rangka memegang selisihnya.

Kekekalan energi

Energi kinetik adalah energi gerak. Energi potensial adalah energi ketinggian. Bola yang diangkat menyimpan energi potensial. Saat jatuh, itu menjadi energi kinetik. Klik meneruskan energi kinetik, dan bola jauh naik sampai gerak itu kembali menjadi tinggi. Lalu ia jatuh kembali, dan ayunan mengulang.

Tumbukan elastis

Tumbukan elastis menjaga energi kinetik sebagai gerak. Sangat sedikit yang terpakai menjadi panas atau lekukan pada baja. Itu sebabnya bola yang pergi hampir sama cepat dengan yang datang. Momentum saja mengizinkan pembagian lain. Satu bola bisa pergi dengan kelajuan dua kali lipat, atau semua bola bisa merayap maju bersama. Pembagian itu menyia-nyiakan energi kinetik. Klik yang elastis adalah pembagian yang memegang kedua hukum, dan itulah yang ditunjukkan ayunan: jumlah bola yang sama, dengan kelajuan yang sama, di sisi lain.

Mengapa akhirnya berhenti

Ayunan tidak elastis sempurna, dan tidak berada dalam vakum. Hambatan udara menahan setiap ayunan. Setiap klik menghabiskan sedikit lagi energi sebagai bunyi dan sebagai pemampatan logam yang sangat kecil. Ayunan makin pendek sampai bola-bola tergantung diam.

Coba di PictorX

Buka ayunan Newton dan satu bola sudah terangkat. Seret salah satu ujung untuk memilih tinggi, atau atur Bola dan Angkatan. Bola berjalan dari 3 sampai 7. Gesekan adalah udara, dan Pantulan adalah seberapa elastis klik itu. Bacaan menunjukkan kelajuan di tiap ujung, lalu tinggi, gerak, dan jumlahnya. Simpan PNG, atau buka gambar di editor PictorX.

Pertanyaan yang sering diajukan

Mengapa hanya bola di ujung jauh yang bergerak?

Bola-bola bermassa sama dan kliknya hampir elastis. Satu-satunya hasil yang menjaga momentum sekaligus energi adalah bola yang datang berhenti dan bola jauh pergi dengan kelajuan yang sama. Bola tengah meneruskan gangguan itu dan tetap di tempat.

Mengapa dua bola mengirim dua bola keluar?

Dua bola tiba bersama dengan satu kelajuan. Dua bola yang pergi dengan kelajuan itu menjaga momentum dan energi. Satu bola yang pergi dengan kelajuan dua kali lipat akan menjaga momentum dan membuang energi.

Apakah momentum kekal sepanjang waktu?

Selama klik, ya. Sepanjang satu ayunan penuh tali menarik, jadi momentum mendatar bola berubah dan rangka menanggung selisihnya. Yang tetap, selain udara dan klik, adalah energi.

Mengapa ayunan Newton berhenti?

Udara memperlambat setiap ayunan, dan setiap klik kehilangan sedikit energi sebagai bunyi dan panas. Dengan gesekan nol dan pantulan yang elastis sempurna, ayunan yang disimulasikan terus berayun.