Колыбель Ньютона — это устройство, которое показывает законы сохранения импульса и энергии. Металлические шарики, подвешенные на нитях, создают завораживающий эффект. Отклоняешь один шарик, отпускаешь — и движение начинается. Что делает эту игрушку особенной? Разберём, как она работает и почему её любят взрослые и дети.
Как устроена:
Конструкция проста. Пять металлических шариков подвешены на нитях. Они висят в ряд, касаясь друг друга. Шарики закреплены на раме с подставкой, обычно деревянной или металлической. Размер — около 15–20 см в высоту. Компактность делает её удобной для рабочего стола.
Поднимаешь крайний шарик и отпускаешь. Он ударяет по соседнему. Энергия передаётся через ряд шариков. Крайний с другой стороны отлетает. Потом возвращается. Движение повторяется, пока трение и воздух не остановят шарики.
Что демонстрирует:
Колыбель Ньютона иллюстрирует два закона физики.
- Первый — сохранение импульса. Импульс — это масса, умноженная на скорость. Первый шарик передаёт импульс через ряд. Последний шарик отлетает с той же скоростью.
- Второй закон — сохранение энергии. Потенциальная энергия первого шарика становится кинетической. Формула:
E = 1/2 × m × v²
где m — масса, v — скорость. Масса шариков одинакова, поэтому скорость последнего почти равна скорости первого.
Шарики в середине не двигаются из-за упругости столкновений. Энергия передаётся без потерь. Но в реальности потери есть — из-за трения и воздуха. Движение постепенно затухает.
Кто придумал?
Колыбель названа в честь Ньютона, но он её не изобретал. Эксперименты с подобными устройствами начались в XVII веке. Французский физик Эдме Мариотт изучал столкновения тел. Голландец Христиан Гюйгенс исследовал маятники. Их работы заложили основу.
Современный вид игрушка получила в 1960-х. Английский актёр Саймон Преббл назвал её «колыбелью Ньютона» и начал продавать. Сначала продажи шли плохо. Но лондонский Harrods сделал её хитом. Хромированный дизайн стал классикой офисного декора.
Почему она популярна?
Колыбель успокаивает. Ритмичное движение шариков завораживает. Щелчки создают приятный звук. Её ставят на стол, чтобы отвлечься от стресса.
Для детей это способ узнать физику. Поднимаешь два шарика — с другой стороны отлетают тоже два. Это показывает передачу энергии и импульса. Учителя используют её на уроках. В поп-культуре она тоже есть — например, в сериале «Западное крыло» или игре The Elder Scrolls IV: Oblivion.
Практическое применение
Колыбель используют в образовании. Она помогает понять столкновения. Студенты изучают упругие и неупругие столкновения. Если заменить шарики на глиняные, эффект пропадёт. Энергия рассеется из-за деформации.
В 2011 году MythBusters сделали гигантскую колыбель. Пять шаров по 15 кг, диаметром 15 см. Она работала, но с бетонными шарами энергия терялась. Это показало важность материала.
Эксперимент:
Поднимите один шарик и отпустите. Посчитайте, сколько раз шарики качнутся. Обычно 50–100 раз. Поднимите два шарика — отлетят два. Если шарики двигаются хаотично, проверьте их выравнивание.
Колыбель остаётся популярной. Её продают в магазинах научных игрушек. Есть модели из дерева, металла, стекла. Дешёвые версии быстро ломаются. Нити путаются, шарики теряют упругость. Хорошая модель стоит 2 – 4 тыс. рублей.
Лайк, если статья понравилась.
Не забывайте подписаться на канал, чтобы не пропустить новые публикации.
Приглашаю в мою группу Вконтакте.