牛頓擺是一個1960年代發明的桌面演示裝置,五個質量相同的球體由吊繩固定,彼此緊密排列。又叫:牛頓擺球、動量守恆擺球、永動球、物理撞球、碰碰球等。
牛頓擺是由法國物理學家伊丹·馬略特(Edme Mariotte)最早於1676年提出的。當擺動最右側的球並在回擺時碰撞緊密排列的另外四個球,最左邊的球將被彈出,並僅有最左邊的球被彈出。牛頓擺可近似看做完全彈性碰撞!
完全彈性碰撞:在理想情況下,完全彈性碰撞的物理過程滿足動量守恆和能量守恆。如果兩個碰撞小球的質量相等,聯立動量守恆和能量守恆方程時可解得:兩個小球碰撞後交換速度。如果被碰撞的小球原來靜止,則碰撞後該小球具有了與碰撞小球一樣大小的速度,而碰撞小球則停止。多個小球碰撞時可以進行類似的分析。事實上,由於小球間的碰撞並非理想的彈性碰撞,還會有能量的損失,所以最後小球還是要停下來。這也是牛頓擺的核心物理原理!記住了嗎?
用燈泡演示的能量傳遞過程!還挺美的!
還有一類碰撞叫完全非彈性碰撞:碰撞過程中物體往往會發生形變,還會發熱、發聲。因此在一般情況下,碰撞過程中會有動能損失。如果碰撞後物體結合在一起,動能損失最大,這種碰撞叫做完全非彈性碰撞。例如這個太低估自己高度的大巴車………… 動能完全損失掉,轉換成形變能和熱能。