la cuna de Newton
La cuna de Newton es un dispositivo que demuestra la conservación del impulso y la conservación de la energía con esferas oscilantes. Cuando una esfera al final se levanta y se suelta, golpea las esferas estacionarias , transmitiendo una fuerza a través de las esferas estacionarias que empuja la última esfera hacia arriba. La última esfera se balancea hacia atrás y golpea las esferas casi estacionarias, repitiendo el efecto en la dirección opuesta. El dispositivo lleva el nombre del científico inglés del siglo XVII Sir Isaac Newton y fue diseñado por el científico francés Edme Mariotte . También se le conoce como péndulo de Newton, bolas de Newton ,Balancín de Newton o clicker ejecutivo de bolas (ya que el dispositivo hace un clic cada vez que las bolas chocan, lo que hacen repetidamente a un ritmo constante ). [1] [2]
Cuando una de las bolas de los extremos ("la primera") se tira hacia los lados, la cuerda atada hace que siga un arco hacia arriba. Cuando se suelta, golpea la segunda bola y se detiene casi en seco. La pelota del lado opuesto adquiere la mayor parte de la velocidad de la primera pelota y gira en un arco casi tan alto como la altura de lanzamiento de la primera pelota. Esto muestra que la última bola recibe la mayor parte de la energía y el impulso de la primera bola. El impacto produce una onda de compresión que se propaga a través de las bolas intermedias. Cualquier material eficientemente elástico, como el acero, hace esto, siempre que la energía cinética se almacene temporalmente como energía potencial .en la compresión del material en lugar de perderse como calor. Hay ligeros movimientos en todas las bolas después del golpe inicial, pero la última bola recibe la mayor parte de la energía inicial del impacto de la primera bola. Cuando se dejan caer dos (o tres) bolas, las dos (o tres) bolas del lado opuesto se balancean hacia afuera. Algunos dicen que este comportamiento demuestra la conservación de la cantidad de movimiento y la energía cinética en las colisiones elásticas. Sin embargo, si las bolas que chocan se comportan como se describe arriba con la misma masa que posee la misma velocidad antes y después de las colisiones, entonces cualquier función de masa y velocidad se conserva en tal evento. [3]
La cuna de Newton se puede modelar con bastante precisión con ecuaciones matemáticas simples con la suposición de que las bolas siempre chocan en pares. Si una bola golpea cuatro bolas estacionarias que ya se están tocando, estas simples ecuaciones no pueden explicar los movimientos resultantes en las cinco bolas, que no se deben a pérdidas por fricción . Por ejemplo, en una cuna de Newton real, la cuarta tiene algo de movimiento y la primera bola tiene un ligero movimiento inverso. Todas las animaciones de este artículo muestran una acción idealizada (solución simple) que solo ocurre si las bolas no se tocan inicialmente y solo chocan en pares.
La conservación del impulso (masa × velocidad) y la energía cinética ( 1/2 × masa × velocidad 2 ) se puede utilizar para encontrar las velocidades resultantes para dos objetos perfectamente elásticos que chocan. Estas dos ecuaciones se utilizan para determinar las velocidades resultantes de los dos objetos. Para el caso de dos bolas restringidas a una trayectoria recta por las cuerdas en la cuna, las velocidades son un solo número en lugar de un vector 3D para el espacio 3D, por lo que las matemáticas requieren solo dos ecuaciones para resolver dos incógnitas. Cuando los dos objetos pesan lo mismo, la solución es simple: el objeto en movimiento se detiene con respecto al estacionario y el estacionario toma toda la velocidad inicial del otro. Esto supone objetos perfectamente elásticos, por lo que no es necesario tener en cuenta las pérdidas de energía térmica y sonora.
El acero no se comprime mucho, pero su elasticidad es muy eficiente, por lo que no genera mucho calor residual . El simple efecto de dos objetos chocando eficientemente elásticos del mismo peso restringidos a un camino recto es la base del efecto visto en la cuna y da una solución aproximada a todas sus actividades.
