Что такое шары ньютона
Колыбель Ньютона
Шарики Ньютона (маятник Ньютона) — механическая система, придуманная Исааком Ньютоном для демонстрации преобразования энергии различных видов друг в друга: кинетической в потенциальную и наоборот. В отсутствие противодействующих сил (трения) система могла бы действовать вечно, но в реальности это недостижимо.
Содержание
История
Эту популярную игрушку-сувенир, придуманную английским актёром Саймоном Пребблом в 1967 году, а сегодня часто встречаемую на письменных столах в кабинетах и офисах, можно поместить и в музей физики. Можно бесконечно долго играть с ней, глядя на качающиеся шарики (как смотреть на текущую воду или огонь). Но знание того, что она иллюстрирует законы сохранения импульса и сохранения энергии не только не помешает, но и придаст особый смысл наблюдению.
Если отклонить первый шарик и отпустить, то его энергия и импульс передадутся без изменения через три средних шарика последнему, который приобретёт ту же скорость и поднимется на ту же высоту. Он в свою очередь передаст свой импульс и энергию по цепочке снова первому шарику. Крайние маятники будут колебаться, а средние шарики будут покоиться. Если бы не было потерь механической энергии вследствие работы сил трения и упругости, то колебания продолжались бы вечно, но они затухают, так как в реальных механических системах всегда действуют диссипативные силы.
Интересным является то, что первый шарик передаёт импульс последнему не непосредственно, а через средние шарики, которые остаются неподвижными. Картина напоминает распространение упругой волны в твёрдом теле, то есть передачу упругих возмущений и энергии упругой деформации без переноса вещества (например, звук).
Рассмотрим простой случай, когда движущийся шар сталкивается с таким же покоящимся шаром («Колыбели Ньютона» всего из двух шариков). Столкновение упругое и центральное (именно такое наблюдается в идеальной «Колыбели Ньютона»). Чтобы найти скорости шаров после упругого столкновения, надо записать уравнение закона сохранения импульса для такой системы и уравнение закона сохранения энергии и решить полученную систему уравнений. Результат известен: движущийся шар останавливается, а покоящийся приобретает скорость первого.
В колыбели Ньютона первый шарик передаёт импульс второму шарику и останавливается. Мы не видим, как второй шарик получает импульс от первого, не «видим» его скорость. Но, если присмотреться: шарик чуть заметно «вздрагивает», то есть он движется с полученной скоростью, но на маленьком пути «из-за тесноты». Но он успевает на этом коротком пути отдать импульс третьему шарику и остановиться. То же с третьим шариком и т. д. Последний шарик не имеет перед собой, кому передать свой импульс, поэтому свободно движется, поднимаясь на высоту h, затем возвращается, и всё повторяется в обратном направлении.
Изготовление
«Колыбель Ньютона» можно изготовить самостоятельно. Шарики надо подвешивать на двух под углом друг к другу нитях, чтобы плоскость колебаний шариков сохранялась постоянной, и удары были центральными.
В мире
Самая большая Колыбель Ньютона в мире находится в г. Kalamazoo (штат Мичиган, США). В ней 16 боулинг-шаров, массой 6,8 кг каждый, подвешенных на нитях длиной 6,1 м на высоте 1 м от пола.
Варианты
Квантовый
При помощи интерферирующих лазерных лучей создаются тысячи «трубок»-ловушек. В каждую трубку, созданную лазерным лучом, помещаются приблизительно 150 атомов (в трубке они могут двигаться только в одном измерении). Затем атомы лазером же охлаждаются до миллиардных долей градуса (в Кельвинах). После лазером половине атомов придаётся один импульс, а половине – противоположный. В результате получается вариант, когда даже после 10 000 столкновений каждый атом колеблется с исходной амплитудой [1]
Принцип работы Маятника Ньютона
Эта статья была обновлена 28 2021,
Колыбель Ньютона – один из самых известных во всём мире атрибутов, которые можно встретить практически в каждом офисе или доме. Когда смотришь на шары Маятника Ньютона, которые тихо стуча, покачиваются из стороны в сторону, невольно приходит некое успокоение, умиротворение. Но почему так происходит? Что заставляет маленькие сферы двигаться таким особенным способом? В ответе переплетены как сложные законы физики, так и простые составляющие жизни, с которыми мы сталкиваемся каждый день.
Движущая сила
Маятник Ньютона стал популярен с конца 60-х годов 20-го столетия. То есть, с момента его изобретения. Создателем данного устройства является Саймон Преббл. Актёр по профессии, он создал конструкцию, которая, придя в действие, оказывает положительное влияние на нервную систему человека, способна успокоить его. Колыбель Ньютона (одно из многих имён) была названа в честь Исаака Ньютона совершенно не случайно. В основе работы маятника лежит закон, некогда открывшийся именно великому учёному – закон о сохранении энергии. Проще всего показать его работу на примере действия устройства.
Маятник представляет собой конструкцию, которую составляют подставка, нити (зачастую леска) и шарики. Пять шаров небольшого размера крепятся на нить с двух сторон и закрепляются на верху подставки. Таким образом, создаётся идеально ровная линия сфер в воздухе.
Как работает маятник:
· Запустить работу очень просто – с одной стороны поднять шарик на определённую высоту и отпустить, позволяя свободно ударяться о висящий рядом шарик.
· Импульс, энергия, образовавшаяся в первом шаре, не теряется, она передаётся из одного шара к другому и достигает последнего в ряду.
· Последний шар, получив импульс, отталкивается и поднимается в воздух на ту же высоту, на которую был поднят первый шар и ударяется о соседний.
· Таким образом, действие повторяется заново, но уже без дополнительной помощи со стороны. Крайние шары Маятника Ньютона движутся, словно в зеркальном отображении. При этом средние остаются неподвижными.
Работа конструкции не может длиться вечно – этому не способствуют условия (влияние силы трения) и сферы со временем начинают сокращать скорость, останавливаясь. Если выбрать сферы тяжелее и толще, то движение продлиться дольше и наоборот.
За что ценят Маятник Ньютона
Маятник Ньютона можно увидеть в кабинете психолога, банковского работника, врача, дома или в офисе, на столе в гостиной у друзей. Стереотип, что маятник должен стоять лишь у офисных работников давно исчез. Многие приобретают данное устройство для себя или в подарок.
Ценят Колыбель Ньютона за его положительное влияние на состояние человека. Мерное постукивание сфер и их движение способны отвлечь человека от тяжёлого рабочего дня, снять напряжение, помогает при концентрации и релаксации. Некоторые утверждают, что маятник способствует появлению хорошего настроения, появлению новых идей и очистке разума от нежелательных мыслей.
Маятник ньютона
Колыбель Ньютона — механическая модель, созданная Исааком Ньютоном для демонстрации преобразования энергии различных видов друг в друга: кинетической в потенциальную и наоборот. В отсутствие противодействующих сил (трения) модель могла бы действовать вечно, но в реальности это недостижимо. Эту популярную игрушку-сувенир, придуманную английским актёром Саймоном Преббле в 1967 году, а сегодня часто встречаемую на письменных столах в кабинетах и офисах, можно поместить и в музей физики. Можно бесконечно долго играть с ней, глядя на качающиеся шарики (как смотреть на текущую воду или огонь). Но знание того, что она иллюстрирует законы сохранения импульса и сохранения энергии не только не помешает, но и придаст особый смысл наблюдению. Если отклонить первый шарик и отпустить, то его энергия и импульс передадутся без изменения через три средних шарика последнему, который приобретёт ту же скорость и поднимется на ту же высоту. Он в свою очередь передаст свой импульс и энергию по цепочке снова первому шарику. Крайние маятники будут колебаться, а средние шарики будут покоиться. Если бы не было потерь механической энергии вследствие работы сил трения и упругости, то колебания продолжались бы вечно, но они затухают, т.к. в реальных механических системах всегда действуют диссипативные силы. Интересным является то, что первый шарик передаёт импульс последнему не непосредственно, а через средние шарики, которые остаются неподвижными. Картина напоминает распространение упругой волны в твёрдом теле, т.е. передачу упругих возмущений и энергии упругой деформации без переноса вещества (например, звук). (Вопрос: будет ли передаватся импульс, если оставить два крайних шарика, а средние заменить подвешенным металлическим стержнем? А если стержень закрепить жёстко?) Рассмотрим простой случай, когда движущийся шар сталкивается с таким же покоящимся шаром (Колыбель Ньютона всего из двух шариков). Столкновение упругое и центральное (именно такое наблюдается в идеальной Колыбели Ньютона). Чтобы найти скорости шаров после упругого столкновения, надо записать уравнение закона сохранения импульса для такой системы и уравнение закона сохранения энергии и решить полученную систему уравнений. Результат известен: движущийся шар останавливается, а покоящийся приобретает скорость первого. В колыбели Ньютона первый шарик передаёт импульс второму шарику и останавливается. Мы не видим, как второй шарик получает импульс от первого, не “видим” его скорость. Но, если присмотреться: шарик чуть заметно “вздрагивает”, т. е. он движется с полученной скоростью, но на маленьком пути “из-за тесноты”. Но он успевает на этом коротком пути отдать импульс третьему шарику и остановиться. То же с третьим шариком и т. д. Последний шарик не имеет перед собой, кому передать свой импульс, поэтому свободно движется, поднимаясь на высоту h, затем возвращается, и всё повторяется в обратном направлении. “Колыбель Ньютона” можно изготовить самим. Шарики надо подвешивать на двух под углом друг к другу нитях, чтобы плоскость колебаний шариков сохранялась постоянной, и удары были центральными. Самая большая Колыбель Ньютона в мире находится в г. Kalamazoo (штат Мичиган, США). В ней 16 боулинг-шаров, массой 6,8 кг каждый, подвешенных на нитях длиной 6,1 м на высоте 1 м от пола.
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Маятник ньютона» в других словарях:
Маятник — У этого термина существуют и другие значения, см. Маятник (значения). Колебания маятника: стрелками показаны векторы скорости (v) и ускорения (a) … Википедия
Колыбель Ньютона — Шарики Ньютона (маятник Ньютона) механическая система, придуманная Исааком Ньютоном для демонстрации … Википедия
Пружинный маятник — механическая система, состоящая из пружины с коэффициентом упругости (жёсткостью) k (закон Гу … Википедия
Octavarium — Студийный альбом Dream Theater … Википедия
Механика — (греч. μηχανική искусство построения машин) область физики, изучающая движение материальных тел и взаимодействие между ними. Движением в механике называют изменение во времени взаимного положения тел или их частей в пространстве[1].… … Википедия
Гюйгенс, Христиан — Христиан Гюйгенс Christiaan Huygens Дата рождения … Википедия
Гармонический осциллятор — У этого термина существуют и другие значения, см. Осциллятор. Гармонический осциллятор (в классической механике) система, которая при смещении из положения равновесия испытывает действие возвращающей силы F, пропорциональной смещению x… … Википедия
Гюйгенс, Кристиан — Христиан Гюйгенс Christiaan Huygens Дата рождения: 14 апреля 1629 Место рождения: Гаага Дата смерти: 8 июля 1695 Место смерти: там же … Википедия
Гюйгенс Х. — Христиан Гюйгенс Christiaan Huygens Дата рождения: 14 апреля 1629 Место рождения: Гаага Дата смерти: 8 июля 1695 Место смерти: там же … Википедия
Эта конструкция названа в честь гениального ученого не просто так, именно Ньютон первым открыл и обосновал три фундаментальных закона механики и именно эти законы лежат в основе действия «Колыбели Ньютона». Также, эта конструкция ярко иллюстрирует действие закона сохранения механической энергии, закона сохранения импульса и преобразования кинетической энергии в потенциальную.
Как работает «Маятник Ньютона».
Чтобы запустить «Шары Ньютона», отведите крайний шарик в сторону и вверх и отпустите его. Шар с размаху ударится о последующий и передаст ему энергию ( импульс ). Импульс последовательно пройдет еще через два шарика и заставит отскочить последний, при этом остальные шары останутся на месте. Если Вы запустите два крайних шарика, то отскочат тоже два, а средний будет недвижим. Одновременно запустив два противоположных крайних шара на встречу друг другу, Вы сможете наблюдать как они симметрично отскакивают в разные стороны, при неподвижных средних шарах.
Как видите, забавляться с этой умной игрушкой можно довольно долгое время. Она будет интересна как детям так и взрослым.
Маятник «Колыбель Ньютона» как предмет интерьера.
Маятник «Шары Ньютона»
универсальный подарок. Его можно подарить как любознательному ребенку, так и коллеге по работе. Он будет отлично смотреться как на столе Вашего руководителя, так и на Вашем рабочем столе.
Колыбель Ньютона
Эта статья была обновлена 28 2021,
Принцип работы колыбели Ньютона
Если к шарикам не прикасаться, то они все время находятся в неподвижном состоянии. Чтобы увидеть движение маятника, нужно привести в действие крайний шар, тогда шар на другом краю будет совершать колебания с такой же скоростью и амплитудой, как и предыдущий. Движения происходят по конкретной траектории и с постоянной частотой. Это демонстрирует закон сохранения импульса, а также превращение потенциальной энергии в кинетическую и наоборот.
Маяник Ньютона устроен так, что начальный шар передаёт импульс второму шарику, а затем замирает. Нашему глазу на первый взгляд незаметно, как следующий шарик приминает импульс от предыдущего, мы не можем проследить его скорость. Но, если взглянуть пристальнее, можно заметить, как: шарик немножко “вздрагивает”. Это объясняется тем, что он совершает движения с посланной ему скоростью, но поскольку расстояние очень маленькое и ему некуда разогнаться, то он может на своем коротком пути передать импульс третьему шарику и и в итоге остановиться.
Представим маятник, состоящий всего из двух сфер. В этом случае шар в движении сталкивается с соседом, который пребывает в состоянии покоя. Соприкасание упругое и центральное (так как оно наблюдается в идеальной к олыбели Ньютона ). Чтобы сосчитать скорости шаров после упругого столкновения, необходимо воспользоваться уравнением закона сохранения импульса для такой схемы и уравнением закона сохранения энергии, а потом развязать полученную систему уравнений. Итог известен: шар, который двигался останавливается, а тот, что пребывал в состоянии покоя, обретает скорость первого.
Колебания похожи на распространение упругой волны в твёрдом теле, или же на посыл упругих возмущений и энергии упругой деформации без переноса вещества, как это происходит со звуком. Этот закон будет работать, если давать ускорение двум или трем телам одновременно.
История изучения принципа маятника
Исследование и использование маятниковых устройств для демонстрации закона воздействия между несколькими телами, было сначала описано учёным Мариоттом в 17-м столетии. Кроме Ньютона, принцип маятника использовали и другие физики. Среди них Христиан Гюйгенс, который изучал столкновение, а также физик Аббе Мэрайотт, он изучал закон воздействия тел друг на друга.
Есть много разногласий, как же все таки появилась современная колыбель Ньютона. К примеру, Мариуса Морина считают учёным, который первым сконструировал и дал название популярной сегодня конструкции. Он сделал для своей компании деревянную версию маятника. Сувениры -шар ы б ы ли успешно проданы и положили начало ринку таких игрушек. Парой лет потому режиссёр и скульптор Ричард Лонкрейн усовершенствовал шары, сделал их хромовыми, благодаря чему дизайн бил признан очень успешным.
Версия меньшего масштаба состояла из пяти 6-дюймовых хромовых шариков-подшипников стали, каждый из которых весил 33 фунта. Эта модель била практически такая же эффективна как настольная версия. В Соединённых Штатах Америки в Мичигане установили самую большую модель колыбели Ньютона. Она состоит из 16 шаров для боулинга, которые весят 6.8 кг каждый. Они крепятся на прочных тросах длиной 6.1 метра и возвышены на 1 метр над землей.
Влияние кол ы бели на нервную систему
— успок аивает нервы ;
— помо гает привести мысли в порядок ;
— отвл екает от проблем ;
Многие приобретают ее для офиса, устанавливают в кабинете или на рабочем столе. Маятник спасает в ситуациях, когда в разгар трудового дня никак не получается сконцентрироваться на главном из-за больших умственных нагрузок. За движением шаров можно наблюдать бесконечно. Отзывы довольных обладателей доказали, что энергия от движения маятника преобразовывается в интенсивный поток мыслей, интересных идей и в замечательное настроение на целый день.