Cara Kerja Newton's Cradle: Kekekalan Energi dan Momentum

Cara Kerja Newton's Cradle: Kekekalan Energi dan Momentum

Kekekalan Energi

Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi - kemampuan untuk melakukan pekerjaan - tidak dapat diciptakan atau dihancurkan. Energi bisa, bagaimanapun, mengubah bentuk, yang Cradle Newton mengambil keuntungan dari - terutama konversi energi potensial menjadi energi kinetik dan sebaliknya. Energi potensial benda energi telah disimpan baik berdasarkan gravitasi atau elastisitas mereka. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak.

Mari kita nomor bola satu sampai lima. Ketika semua lima yang beristirahat, masing-masing memiliki energi potensial nol karena mereka tidak bisa bergerak turun setiap energi kinetik lebih lanjut dan nol karena mereka tidak bergerak. Ketika bola pertama diangkat dan keluar, energi kinetik tetap nol, tetapi energi potensialnya lebih besar, karena gravitasi bisa membuatnya jatuh. Setelah bola dilepaskan, energi potensialnya diubah menjadi energi kinetik saat kejatuhannya karena gravitasi bekerja tidak di atasnya.

Ketika bola telah mencapai titik terendah, energi potensial adalah nol, dan energi kinetik lebih besar. Karena energi tidak dapat dimusnahkan, terbesar energi potensial bola adalah sama dengan besar energi kinetik. Ketika Bola Satu hit Bola Dua, berhenti segera, energi kinetik dan potensial kembali ke nol lagi. Tetapi energi harus pergi ke suatu tempat - ke Bola Dua.

Satu bola energi ini ditransfer ke Bola Dua sebagai energi potensial karena kompres bawah kekuatan dampak. Sebagai Bola Dua kembali ke bentuk aslinya, mengubah energi potensial menjadi energi kinetik lagi, mentransfer energi yang menjadi Bola Tiga dengan mengompresi itu. Bola pada dasarnya berfungsi sebagai pegas.

Ini transfer energi terus di bawah garis sampai mencapai Bola Lima, yang terakhir di baris. Ketika kembali ke bentuk aslinya, ia tidak memiliki bola lain di jalur untuk kompres. Sebaliknya, energi kinetik mendorong pada Bola Empat, dan Lima Bola ayunan keluar. Karena konservasi energi, Bola Lima akan memiliki jumlah yang sama energi kinetik sebagai Bola One, dan sehingga akan berayun keluar dengan kecepatan yang sama yang telah Bola Satu saat itu memukul.

Satu bola jatuh menanamkan energi yang cukup untuk memindahkan satu bola lainnya jarak yang sama itu jatuh pada kecepatan yang sama itu jatuh. Demikian pula, dua bola memberikan energi yang cukup untuk bergerak dua bola, dan sebagainya.

Kekekalan Momentum

Momentum adalah kekuatan benda bergerak; segala sesuatu yang bergerak memiliki momentum sama dengan massa dikalikan dengan kecepatannya. Seperti energi, momentum adalah kekal. Sangat penting untuk dicatat bahwa momentum adalah kuantitas vektor, yang berarti bahwa arah gaya adalah bagian dari definisi, itu tidak cukup untuk mengatakan sebuah objek memiliki momentum, Anda harus mengatakan di mana arah itu momentum bertindak.

Ketika Bola Satu hit Bola Dua, itu bepergian dalam arah tertentu - katakanlah timur ke barat. Ini berarti bahwa momentum adalah bergerak ke barat juga. Setiap perubahan dalam arah gerakan akan perubahan dalam momentum, yang tidak dapat terjadi tanpa pengaruh kekuatan luar. Itulah sebabnya Bola Satu tidak hanya terpental Bola Dua - momentum membawa energi melalui semua bola ke arah barat.

Tapi tunggu. Bola datang untuk berhenti singkat tapi pasti di bagian atas busur nya, jika momentum membutuhkan gerak, bagaimana dilestarikan? Sepertinya cradle adalah melanggar hukum yang bisa dipecahkan. Alasan itu tidak, meskipun, adalah bahwa hukum konservasi hanya bekerja dalam sistem tertutup, yang merupakan salah satu yang bebas dari gaya eksternal - dengan cradle Newton bukanlah sistem tertutup. Sebagai Bola Lima ayunan keluar menjauh dari sisa bola, juga ayunan sampai. Saat melakukannya, itu dipengaruhi oleh gaya gravitasi, yang bekerja untuk memperlambat bola bawah.

Sebuah analogi yang lebih akurat dari sistem tertutup adalah kolam bola: Pada dampak, bola pertama berhenti dan yang kedua terus dalam garis lurus, seperti bola cradle Newton akan jika mereka tidak ditambatkan. (Dalam istilah praktis, sistem tertutup tidak mungkin, karena gravitasi dan gesekan akan selalu menjadi faktor Dalam contoh ini, gravitasi tidak relevan,. Karena itu bertindak tegak lurus dengan gerakan bola, dan sehingga tidak mempengaruhi kecepatan atau arah gerakan).

Garis horizontal bola pada fungsi sisanya sebagai sistem tertutup, bebas dari pengaruh kekuatan lain apa pun selain gravitasi. Ini di sini, di waktu kecil antara dampak bola pertama dan bola end berayun, momentum yang kekal.

-- HowStuffWorks