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驗證牛頓第二定律及動量守恒

圖文 更新时间:2024-12-02 19:38:29

據說,在古代有一本武學秘笈,名為《隔山打牛》練成之後,天崩地裂,威力無窮,可以隔着一個人将人打飛,十分神奇。那麼這裡面有沒有隐藏着什麼物理規律呢?做完今天的實驗,你就明白了。

驗證牛頓第二定律及動量守恒(今天我們來組裝一個牛頓擺)1

實驗認知:1

要了解隔山打牛的秘密,我們首先要認識一下物理界,力學的大牛,牛頓。

驗證牛頓第二定律及動量守恒(今天我們來組裝一個牛頓擺)2

實驗認知:2

1687年,牛頓在《自然哲學的數學原理》一書中總結出了著名的“牛頓運動定律”。

驗證牛頓第二定律及動量守恒(今天我們來組裝一個牛頓擺)3

實驗認知:3

其中牛頓第一定律講的是:物體在不受外力作用時,保持靜止或做勻速直線運動。說明了:力量是改變物體運動狀态的原因。

驗證牛頓第二定律及動量守恒(今天我們來組裝一個牛頓擺)4

實驗認知:4

牛頓第二運動定律講的是:物體加速度的大小跟作用力成正比,跟物體的質量成反比,且與物體質量的倒數成正比;加速度的方向跟作用力的方向相同。說明了:力的作用效果:力使物體獲得加速度。

驗證牛頓第二定律及動量守恒(今天我們來組裝一個牛頓擺)5

實驗認知:5

牛頓第三運動定律的常見表述是:相互作用的兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等,方向相反,作用在同一條直線上。說明了:揭示出力的本質:力是物體間的相互作用。

驗證牛頓第二定律及動量守恒(今天我們來組裝一個牛頓擺)6

實驗認知:6

之後的科學家們根據這三大定律,推導出了“動量守恒定律”“能量守恒定律”和“角動量守恒定律”。

驗證牛頓第二定律及動量守恒(今天我們來組裝一個牛頓擺)7

實驗認知:7

其中動量守恒定律指的是:一個系統不受外力或所受外力之和為零,這個系統的總動量保持不變。比如我們在看到的桌球比賽中,我們經常能看到一個球撞飛另外一個球之後定在原地,就像把能量傳遞給了被撞得球一樣。

驗證牛頓第二定律及動量守恒(今天我們來組裝一個牛頓擺)8

實驗認知:8

19世紀60年代,有一個有趣的桌面演示裝置被制造了出來。用來驗證“動量守恒定律。那就是“牛頓擺”。

驗證牛頓第二定律及動量守恒(今天我們來組裝一個牛頓擺)9

實驗認知:9

當拿起牛頓擺一邊的一個小球,用它撞擊其餘小球。另一邊最靠外的一個小球就會以相同的速度飛出去。而用兩個小球撞擊其餘小球,另一邊也會有兩個小球飛出。

驗證牛頓第二定律及動量守恒(今天我們來組裝一個牛頓擺)10

實驗認知:10

看到這裡,對于”隔山打牛“是不是有了不一樣的認識呢?

驗證牛頓第二定律及動量守恒(今天我們來組裝一個牛頓擺)11

實驗認知:11

今天我們就來組裝一個牛頓擺,驗證一下“動量守恒定律”的正确性吧。

驗證牛頓第二定律及動量守恒(今天我們來組裝一個牛頓擺)12

動手做一做:

動量守恒定律表明在一個封閉系統中,給定方向的動量是恒定的。動量表示為:p=mv (p代表動量,m代表質量,v代表給定方向的速度)

驗證牛頓第二定律及動量守恒(今天我們來組裝一個牛頓擺)13

實驗原理:1

當小球甲撞擊小球乙,它以特定的方向運動,。那意味着,它的動量也以從相同方向運動。小球甲的動量将能量以相同的方向傳遞過所有的球。直到最後一顆小球受力彈開。當它運動到最高點時,動能消耗殆盡,受重力影響再次下落,過程中重新獲得重力給予的加速度與動能。于是循環開始。

驗證牛頓第二定律及動量守恒(今天我們來組裝一個牛頓擺)14

實驗原理:2

接下來讓我們看一看各種各樣的牛頓擺吧。

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實驗拓展:

驗證牛頓第二定律及動量守恒(今天我們來組裝一個牛頓擺)16

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