这是熊猫实验室趣味科普小课堂第六课
摆是高中力学中出镜次数最多的装置之一,单摆是演示动能和势能在相互转化的过程中机械能守恒最简易的装置。
上图中就是瓦尔特·列文(Walter Lewin)教授公开课上经典的一幕:放手之后,摆锤可以摆回到非常接近他的地方,但由于机械能守恒,摆锤始终不会打到脸上。
嫌单摆太简单?如果把单摆沿摆方向排列成一排,那就组成了牛顿摆。解释牛顿摆可能属于超纲内容,十分的复杂,滚滚今天只简单的给大家介绍一下。
不好意思,图拿错了,其实应该是下面这样:
(诶?怎么是猫...反正就是中间那个玩意啦!)
牛顿摆是一个1960年代发明的桌面演示装置,五个质量相同的球体由吊绳固定,彼此紧密排列。又叫:牛顿摆球、动量守恒摆球、永动球、物理撞球、碰碰球等。
那么,牛顿摆是牛顿发明的吗?当然不是!它最早其实是由法国物理学家埃德姆·马略 特于1676年提出的,用于证明牛顿力学。牛顿摆是由数个质量、体积相同的球体通过吊绳固定为彼此紧密排列的演示装置,最左边的球得到动量并通过碰撞传递到右侧并排悬挂的球上,动量在四个球中依次向右传递。当最右端的球无法将动量继续传递的时候,被弹出。
能量守恒原理告诉我们能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,只能从一个物体传递给另一个物体,而且能量的形式也可以互相转换。当一端的小球以一定的能量碰撞别的小球时,它的能量将传递给第二个,第二个传递给第三个……
牛顿摆的核心,第一是按照能量守恒定律,动能不会无缘无故地消失;第二是动能在封闭的环境中呈现无损传递的状态,好比武侠小说中的“隔山打牛”,最左小球产生的“力”通过极小的接触面、紧密排列和没有产生形变的球体(接近封闭系统),最直接、无损地传递到最右小球,把它“撞飞”。
这张图是对弹力波以有限速度传播的直观演示,虽然它实际上是一个用计算机编程和马达强行演示出来的艺术作品。
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