Маятник Ньютона — интерактивный симулятор

Что это за опыт

Маятник Ньютона (его ещё называют «колыбелью Ньютона») — это ряд из пяти одинаковых стальных шаров, подвешенных так, что они едва касаются друг друга. Отводишь крайний и отпускаешь — удар пробегает сквозь середину, и в воздух взлетает шар с противоположного конца, а сама середина почти не шевелится.

За красивым фокусом стоят два закона сохранения. Каждое соударение стальных шаров почти абсолютно упругое: одновременно сохраняются и импульс (Σ m·v), и кинетическая энергия (Σ ½m·v²). Для одинаковых шаров такая пара условий имеет единственный исход — сколько шаров отвели, столько и вылетит с той же скоростью. Вариант «один шар, но с удвоенной скоростью» сохранил бы импульс, но нарушил энергию, поэтому и не случается.

В симуляторе можно отвести от 1 до 4 шаров, поменять начальный угол, включить векторы скоростей и переключить шары в неупругий режим (коэффициент восстановления e меньше 1). Счётчики показывают импульс и энергию до и после удара, а поле ΔE — какую долю энергии съело тепло и звук.

Формулы

Методичка к уроку

Как показать опыт за пять минут на проекторе или интерактивной доске:

• Ползунком «Отвести шаров» поставьте 1 и нажмите «Пуск»; затем 2, затем 3 — пусть класс убедится, что вылетает ровно столько же шаров.
• Спросите, почему не вылетает один шар с удвоенной скоростью, и включите тумблер «Векторы скоростей» — видно, как импульс передаётся вдоль ряда от шара к шару.
• Сравните счётчики «E до удара» и «E после»: при упругом ударе (e = 1) они совпадают, энергия не теряется.
• Включите «Неупругие шары» и покажите поле ΔE — часть энергии ушла в тепло и звук, чёткая передача импульса разрушилась.

Полная методичка с формулами, графиком, примером расчёта и задачами для самопроверки встроена в сам симулятор — кнопка «📘 Как это работает».

Частые вопросы

Похожие опыты

Падающие тела Галилея Гироскоп Маятник Фуко