مرکز علوم و ستاره شناسی تهران


14

گهواره نیوتن

گهواره نیوتن
در حرکت یک جسم تا هنگامی که نیروهای وارد بر جسم پایستار باشند، ‌قانون پایستگی انرژی مکانیکی صادق است. مانند حالتی که جسم در مسیر بدون اصطکاک حرکت می کند.
اما وقتی که نیروی غیر پایستاری مانند اصطکاک بر جسم اثر کند، ‌انرژی مکانیکی دیگر ثابت نمی ماند و به اندازه کار نیروی ناپایستار در آن جابه جایی، انرژی مکانیکی تغییر می کند. اگر چند جسم بایکدیگر برخورد کشسان (برخوردی که در آن اتلاف انرژی وجود نداشته باشد) داشته باشند، ‌علاوه بر قانون بقای انرژی مکانیکی، ‌قانون بقای اندازه حرکت نیز صادق است. و در این صورت اندازه حرکت خطی قبل از برخورد برابر اندازه حرکت خطی بعد از برخورد خواهد بود. اندازه حرکت خطی را با   نشان می دهیم و برابر است با: 
در هنگام برخورد دو جسم اگر برآیند نیروهای خارجی وارد  بر آنها صفر باشد، اندازه حرکت خطی کل پایسته خواهد ماند.
در برخورد دو جسم نیرویی که دو جسم برخورد کننده به یکدیگر وارد می کنند در مدت زمان کوتاه  عمل می‌کند و نیروی ضربه ای نامیده می شود. در زمان   نیروی ضربه‌ای روی اجسام برخورد کننده عمل می کند، این نیرو  برابر است با: که در آن   تغییر اندازه حرکت خطی هر یک از اجسام است که با هم برابرند.
در هنگام برخورد دو جسم،‌ اگر نیرویی از خارج بر آنها وارد نشود ‌در این صورت اندازه حرکت خطی ثابت باقی می ماند. نیرو‌های وارد بر دو جسم که درگیر یک برخورد هستند یک جفت کنش- واکنش با مقادیر برابر و مختلف الجهت می باشند و این همان قانون سوم نیوتن است که در اینجا نیز برقرار است و علت پایستگی اندازه حرکت خطی می باشد.
در گهوارۀ نیوتون 12 گلوله با جرم یکسان به طناب هایی با طول و جنس یکسان وصل شده است. یک (یا چند) گلوله از گلوله ها را جدا کرده و در ارتفاع معینی (دلخواه) قرار می دهیم. این گلوله(یا گلوله ها) جدا شده را گلوله(یا گلوله های) پرتابه می نامیم. پس از رها شدن و برخورد با گلوله های ثابت که گلوله های هدف نامیده می‌شوند، به همان تعداد گلوله پرتابه،  گلوله های هدف نیز جدا شده و اگر گلوله(یا گلوله های) پرتابه را از حالت سکون رها کنیم (با سرعت اولیۀ صفر) همان ارتفاعی که به گلوله (یا گلوله های) پرتابه داده بودیم را به خود می‌گیرند.
کاربرد: در بازی بیلیارد سرعت و جهت(اندازه حرکت خطی) گلوله های پرتابه سرعت و جهت (اندازه حرکت خطی) گلوله های هدف را تعیین می‌کنند.

تعداد امتیازات: (21) Article Rating
تعداد مشاهده خبر: (3564)
کد خبر: 2563