18新利最新登入牛顿的摇篮是如何工作的

考虑到艾萨克·牛顿是现代物理和力学的早期创始人之一,好像很有道理,他会发明摇篮,如此简单而优雅地展示了一些基本的运动定律他帮助描述。

但他没有。

尽管它的名字,艾萨克·牛顿牛顿的摇篮并不是一个发明,实际上背后的科学设备比牛顿物理学的职业生涯。约翰•沃利斯(Christopher Wren和克里斯蒂安·惠更斯提出了报纸在1662年英国皇家学会,描述的理论原则在工作中牛顿的摇篮。是惠更斯特别指出动量守恒和动能[来源:Hutzler,等等]。惠更斯并没有使用术语“动能”,然而,当这句话不会创造了近一个世纪;18新利最新登入他提到“数量与质量和速度成比例的平方”[来源:Hutzler, et al。]。

动量守恒首次被提出的法国哲学家笛卡尔(1596 - 1650),但他没能完全解决这个问题,他的配方是动量等于质量乘以速度(p = mv)。虽然这在某些情况下,它没有工作[来源:物体间碰撞的情况福勒]。

是惠更斯提出“速度”更改为“速度”的公式,解决了这个问题。与速度,速度意味着运动方向,所以相同大小的两个物体的动量旅行同样的速度在相反的方向将等于零。

尽管他没有开发背后的科学摇篮,牛顿被名字信贷主要有两个原因。首先,动量守恒定律可以来自他的第二个运动定律(力等于质量乘以加速度,或F = ma)。具有讽刺意味的是,牛顿运动定律是在1687年出版,25年后惠更斯提供了动量守恒定律。第二,牛顿物理学对世界有一个更大的整体影响,因此更多的名声比惠更斯。

虽然可以有许多审美修改,一个正常的牛顿的摇篮有一个非常简单的设置:有几个球从两个横杆挂在一条直线平行的线球。这些闩安装重基础稳定。

在小摇篮,球挂在横杆的光丝,与球的一个倒三角形。这将确保球只能摇摆在一个平面上,平行于闩。如果球可以移动其他飞机上,将传授更少的能量的其他球影响或完全想念他们,和设备不工作,。

所有的球都是,理想情况下,相同的大小,重量,质量和密度。不同大小的球仍然会工作,但会使物理原理的演示更清楚。摇篮是为了显示能量和动量守恒,两者都涉及到质量。18新利最新登入一个球将另一个球的影响同样的质量同样的距离以同样的速度。换句话说,它会做相同的工作在第二个球重力在第一个。一个更大的球,移动相同的距离就需要更多的能量,所以在摇篮仍然工作,使其更难以看到等价。

只要球都是一样的大小和密度,它们可以像你喜欢大或小。球中心必须完全一致的摇篮工作最好的。如果球击中对方在其他一些时候,能量和动量输了被发送在一个不同的方向。通常有奇数个球,5和7是最常见的,虽然任何数量的工作。

所以现在我们已经介绍了如何设置球,让我们看看他们为什18新利最新登入么做的。

在牛顿的摇篮,理想的球都是由这种材料非常有弹性,密度均匀。弹性是材料变形的能力的度量,然后回到原来的形状而不失去能量;非常有弹性的材料失去小能源、非弹性材料失去更多的能量。牛顿的摇篮将不再与球更弹性的材料制成的。一个好的经验法则是,更好的反射,它的弹性就越高。

不锈钢牛顿的摇篮球是一种常见的材料,因为它是高度弹性和相对便宜。其他弹性钛等金属也会工作得很好,但非常昂贵。

它可能不像摇篮变形的球在很大程度上的影响。这是真的,他们不喜欢。不锈钢球只能压缩到几微米的时候受到另一个球,但仍摇篮功能因为钢铁篮板没有失去能量。

球的密度应该是一样的,以确保能源传输通过尽可能少的干扰。改变材料的密度将改变能量转移的方式。考虑振动的传播通过空气和钢铁;因为钢比空气密度,振动将进一步通过钢比通过空气,它会考虑到相同数量的能源应用开始。如果一个牛顿的摇篮球,例如,更密集比另一侧,能量转移密度较低的一侧可能不同于接收到的能量更稠密,输给了摩擦的区别。

其他类型的球常用在牛顿的摇篮,特别的意思比显示器,用于演示台球和保龄球球,这两个是由各种类型的树脂非常困难。

的能量守恒定律州能源——做功的能力不能被创造或毁灭。但是,能量可以改变形式,18新利最新登入牛顿的摇篮利用,尤其是势能转换成动能,反之亦然。势能能源对象存储的重力或者他们的弹性。动能能源对象的运动。

我们通过五个球的数量。所有五个静止时,每个势能为零,因为他们不能进一步向下移动和零动能,因为他们不会移动。当第一个球举起,其动能依然为零,但其潜在能量更大,因为重力可以让它下降。球被释放后,其势能转化为动能在秋天因为重力的工作。

当球达到了最低点,其势能为零,和动能更大。因为能量不能被摧毁,球最大最大的势能等于其动能。当球击中球两个时,它立即停止,其动能和势能回到零。但能源必须去某个地方,进两个球。

球球的能量转移到两个作为潜在的能量压缩力下的影响。球两个回到原来的形状,它再次将其势能转化为动能,将能量转移到球三通过压缩它。球基本功能作为一个春天。

这种能量转移继续直到球五行,最后一行。当它回到原来的形状,它没有行压缩的另一个球。相反,它的动能将球四个,所以球五波动。由于能量守恒,球五球也会有相同的动能,因此将以相同的速度,球人触及。

一个落球给予足够的能量移动另一个球相同的距离它落在同一速度下降。类似地,两个球传递足够的能量移动两个球,等等。

但是为什么不球反弹的方式了吗?为什么只有一个方向的运动继续吗?这就是动力。

动力是物体运动的力;一切行动动量等于质量乘以速度。像能量,动量是守恒的。重要的是要注意,动量是一个矢量,也就是说,力的方向是其定义的一部分;说一个对象是不够的,你必须说在哪个方向,动量是表演。

当球击中球两个,在一个特定的方向旅行——比方说东到西。这意味着它的势头正西方。任何改变运动方向的动量的变化,而不会发生没有外力的影响。这就是为什么球一个不简单的反弹球两个——动量携带能量通过所有的球向西的方向。

但是等待。球是一个简短而明确的停在电弧的顶端;如果动力需要运动,如何保存?18新利最新登入似乎摇篮打破一个牢不可破的法律。原因并不是,是,法律只保护作品的封闭的系统,这是一个不受任何外力,牛顿的摇篮并不是一个封闭的系统。球5波动远离其他的球,它也波动了。在这一过程中,受重力影响,作品球慢下来。

更准确的类比一个封闭的系统池球:在影响,第一个球停止和第二个仍在一条直线,就像牛顿的摇篮球如果他们不固定。(实际上,一个封闭的系统是不可能的,总是会因为重力和摩擦力的因素。在这个例子中,重力是无关紧要的,因为它是垂直于球的运动,所以不会影响他们的运动速度和方向)。

静止的球函数的水平线作为一个封闭系统,无任何除了重力的影响。在这里,在小时间之间的第一球的影响,最终球的摆动,动量是守恒的。

当球到达顶峰,回到只有势能,动能和动量减少为零。重力然后开始向下拉球,再次开始循环。

这里有两个最终的东西在起作用,第一个是弹性碰撞。一个弹性碰撞发生在两个物体碰到对方,和动能的总和的对象碰撞前后是一样的。想象一下一个牛顿的摇篮,只有两个球。如果球有10球触及焦耳的能量和一分之二的弹性碰撞,两个球将摇摆10 j。牛顿的摇篮中的球打在一系列的弹性碰撞,相互传递的能量球一通过线球五、失去能量。

至少,这是如何工作的“理想”牛顿的18新利最新登入摇篮,也就是说,环境中只有一分之一的能量,动量和重力是作用在球上,所有的碰撞是完全弹性的,和建设的摇篮是完美的。在这种情况下,球将继续摇摆,直到永远。

但这是不可能的理想牛顿的摇篮,因为一个力总是合起来缓慢停止:摩擦。抢劫的摩擦系统的能量,慢慢把球停滞不前。

虽然少量的摩擦来自空气阻力,球内的主要来源是来自自己。所以你看到牛顿的摇篮并不是真的而是弹性碰撞非弹性碰撞中,碰撞后动能小于事先动能。这是因为球本身并不是完全弹性的,他们无法逃避摩擦的影响。但由于能量守恒,能量的总量保持不变。当球被压缩并返回到原来的形状,内部的分子之间的摩擦球将动能转化为热能。球也震动,这能量消散到空气中并创建的滴答声的签名牛顿的摇篮。

不完美的建筑摇篮也慢球。如果球不完全一致或不完全相同的密度,这将改变的能量需要将一个给定的球。这些偏离理想牛顿的摇篮减缓摇摆球的两端,并最终导致所有的球一起摆动,一致。

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