Реферат колиска Ньютона
Колиска Ньютона (маятник Ньютона) - механічна система, придумана Ісааком Ньютоном для демонстрації перетворення енергії різних видів один в одного: кінетичної в потенційну і навпаки. За відсутності протидіючих сил (тертя) система могла б діяти вічно, але в реальності це недосяжно.
1. Історія
Цю популярну іграшку-сувенір, придуману англійським актором Саймоном Преббл в 1967 році, а сьогодні часто зустрічаються на письмових столах в кабінетах і офісах, можна помістити і в музей фізики. Можна нескінченно довго грати з нею, дивлячись на що коливаються кульки (як дивитися на поточну воду або вогонь). Але знання того, що вона ілюструє закони збереження імпульсу і збереження енергії не тільки не завадить, але і додасть особливий сенс спостереження.
Якщо відхилити перший кульку і відпустити, то його енергія і імпульс передадуться без зміни через три середніх кульки останньому, який придбає ту ж швидкість і підніметься на ту ж висоту. Він в свою чергу передасть свій імпульс і енергію по ланцюжку знову першому кульці. Крайні маятники будуть коливатися, а середні кульки будуть спочивати. 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.
Цікавим є те, що перший кульку передає імпульс останньому не безпосередньо, а через середні кульки, які залишаються нерухомими. Картина нагадує поширення пружної хвилі в твердому тілі, тобто передачу пружних збурень і енергії пружною деформації без перенесення речовини (наприклад, звук).
Розглянемо простий випадок, коли рухомий куля стикається з таким же покояться кулею ( «Колиски Ньютона» всього з двох кульок). Зіткнення пружне і центральне (саме таке спостерігається в ідеальній «Колиски Ньютона»). 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 спочивають набуває швидкість першого.
У колисці Ньютона перший кульку передає імпульс другого кульці і зупиняється. Ми не бачимо, як другий кулька отримує імпульс від першого, не "бачимо» його швидкість. Але, якщо придивитися: кулька ледь помітно «здригається», тобто він рухається з отриманої швидкістю, але на маленькому шляху «з-за тісноти». Але він встигає на цьому короткому шляху віддати імпульс третього кульці і зупинитися. Те ж з третім кулькою і т. Д. Останній кулька не має перед собою, кому передати свій імпульс, тому вільно рухається, піднімаючись на висоту h, потім повертається, і все повторюється в зворотному напрямку.
2. Виготовлення
«Колиска Ньютона» можна виготовити самим. Кульки треба підвішувати на двох під кутом один до одного нитках, щоб площина коливань кульок зберігалася постійною, і удари були центральними.
Найбільша Колиска Ньютона в світі знаходиться в м Kalamazoo (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.
4. Варіанти
4.1. квантовий
За допомогою интерферирующих лазерних променів створюються тисячі «трубок» -ловушек. У кожну трубку, створену лазерним променем, поміщаються приблизно 150 атомів (в трубці вони можуть рухатися тільки в одному вимірі). Потім атоми лазером ж охолоджуються до мільярдних часток градуса (в Кельвіна). Після лазером половині атомів надається один імпульс, а половині - протилежний. В результаті виходить варіант, коли навіть після 10 000 зіткнень кожен атом коливається з вихідної амплітудою [1]