Newtoni häll on seade, mis toimib nii lauakaunistuse kui ka vahendina füüsika põhialuste selgitamiseks. Selle ehitamiseks paigaldatakse nööridele rida kuule ühisele vardale. Tavaliselt on kohal 5 palli ja kui ühel lastakse teisi lüüa, kandub energia ühest otsast teise. Olenemata sellest, kas olete õpetaja, õpilane või lihtsalt uudishimulik inimene, saate lihtsalt Newtoni hälliga mängides õppida palju füüsiliste mõistete kohta.
1
Alustage 1 palli tagasitõmbamisega. Mida kaugemale palli tagasi tõmbate, seda rohkem potentsiaalset energiat sellele annate. See potentsiaalne energia tekib, kuna olete palli kõrgemasse punkti viinud ja nüüd on sellel vabastamisel potentsiaal kukkuda.
2
Vabastage pall. See võimaldab pallil kukkuda, muutes selle potentsiaalse energia kineetiliseks energiaks. Teine oluline asi, mis juhtub, on see, et pall saab hoo sisse. See hoog ja ka energia ei saa lihtsalt kaduda, kui pall põhja jõuab. Seda tuleb konserveerida.
3
Vaadake, kuidas energia ja hoog kandub esimesest pallist viimasele. Lõppkokkuvõttes on see Newtoni hälli meelelahutuslik osa. Kui esimene pall jõuab põhja ja lööb teise palli, siis see peatub. Palli kukkumisel kogunenud hoog ja kineetiline energia kanduvad läbi keskmiste pallide ja antakse edasi viimasele pallile, mis teistest pallidest eemale lööb.
4
Jälgige enda loodud tsüklit. Jätkuvalt liigub hoog ja energia ühel pool hälli pallilt teisele otsale. Tasapisi energia ja hoog hajub. See ilmneb sellest, et pallide maksimaalne kõrgus on iga kord veidi madalam kui eelmisel korral. Kui viimane pall tõuseb üles ja teistest eemale, ei lase gravitatsioon sellel lihtsalt sinna jääda. See saavutab haripunkti, mis on peaaegu sama kõrge kui esimese kuuli algkõrgus. Sel hetkel on pall muutnud kogu oma kineetilise energia potentsiaalseks energiaks. Tagasikukkumine muundab potentsiaalse energia tagasi kineetiliseks energiaks ja impulsiks, seejärel kannab need läbi keskmiste kuulide tagasi esimesse. Nüüd liigub esimene pall uuesti üles ja tsükkel jätkub pikka aega.
5
Muutke katset, tõmmates 2 palli tagasi. Impulss on võrdne liikuva massiga, mis korrutatakse selle liikumise kiirusega (mitte kiirusega). Kuna seda hoogu tuleb säilitada, lükatakse 2 palli lõpus olevast pallist eemale, mitte ainult 1. Peale 2 palli mõlemas otsas, mis liigub, jätkub tsükkel täpselt nii, nagu oleksite 1 palli tagasi tõmmanud.
6
Nautige katsetamist. Proovige teha 3 või 4 palli ja vaadake, mis juhtub. Samuti saate palli(d) enam-vähem tagasi tõmmata, et reguleerida nende algavat energiahulka. Kui lasete sellel, võib see teid mõnda aega lõbustada. Vihje: tagasitõmmatavate pallide arv on sama, mis teisest otsast välja lööb.
7
Pange tähele, kuidas potentsiaalne ja kineetiline energia erinevad. Potentsiaalne energia salvestatakse ja tuleneb objekti asukohast või objekti osade paigutusest. Potentsiaalset energiat saab muundada kineetiliseks energiaks. Kineetiline energia tuleneb objekti liikumisest.
8
Näidake, et hälli kasutades tuleb energiat säästa. Suutmatus energiat luua või hävitada on termodünaamika keskne teema. See tähendab, et ükskõik milline energia, mille te süsteemi sisestate (esimese palli tõstmisega), peab süsteemis säilima. See tähendab, et energia peab jätkama liikumist läbi süsteemi isegi pärast seda, kui esimene pall jõuab põhja ja peatub. Seda näete siis, kui viimane pall tõuseb esimesega peaaegu samale kõrgusele.
9
Jälgige, et hoog säiliks ka hällis. Mitte ainult süsteemi energia ei säili, vaid säilib ka impulss. Seetõttu liigub mõlemal küljel sama kiirusega sama arv palle. Impulss ei ole midagi muud kui mass korrutatud kiirusega, millega see liigub. Hälli puhul saab impulsi leida, korrutades kiiruse, millega kuul langeb kõrgeimast punktist, kuuli massiga.
10
Mõelge, miks viimane pall ei jätka oma ülespoole teed. Näib, et kuna hoog on säilinud, siis kui viimane pall teistest eemale lasta, jätkab see edasi-tagasi liikumist. Teoreetiliselt juhtuks see, kui poleks gravitatsiooni. Gravitatsioon mõjub pallile, kui see liigub ülespoole, aeglustades seda. Sel juhul muundatakse kineetiline energia tagasi potentsiaalseks energiaks ja impulss väheneb. Kui pall saavutab oma tippkõrguse, pöörab gravitatsioon rollid ümber ja muundab potentsiaalse energia kineetiliseks energiaks ja impulsiks, kuid ülespoole suunatud suuna asemel allapoole.
11
Olge teadlik, et häll peatub. Ideaalses süsteemis liiguks energia ja hoog edasi-tagasi hälli ühelt küljelt teisele lõputus sildimängus. Kuid tegelik maailm ei ole see, mida füüsika “ideaalseks” süsteemiks peab. Hõõrdumine on jõud, mis aeglustab kuulide liikumist. Sel juhul pärineb hõõrdejõud mitmete tegurite kombinatsioonist. Seda on vähe. õhutakistus, kui pallid liiguvad üles ja alla. Kuulide üksteisega kokkupõrkes läheb ka soojusest kaotsi. Isegi heli, mida kuulete, on vibratsioon, mis tõmbab aeglaselt hällist energiat.
12
Põrgatav pall. Põrkuvad pallid on valmistatud väga elastsetest materjalidest, mis tähendab, et pinnaga põrkudes ei kaota nad palju energiat. Selle asemel deformeerib kokkupõrge palli (pannes selle kokku suruma ja muutes kineetilise energia potentsiaalseks energiaks) ja seejärel pall vetrub (või põrkab) tagasi kuju. Kuju tagasi põrkamine muudab äsja leitud potentsiaalse energia tagasi kineetiliseks energiaks, välja arvatud praegu, kui hoog on vastupidises suunas. See sarnaneb sellega, kuidas gravitatsioon muudab hällis olevate kuulide kineetilise energia potentsiaalseks energiaks ja kuidas pallid läbivad kineetilist energiat ja hoogu läbi ülielastsete kokkupõrgete. Kui pall tõuseb üles, mõjub gravitatsioon sellele täpselt samamoodi nagu pallid Newtoni hällis.
13
Mängige piljardit. Piljardipallid, nagu Newtoni hälli pallid, on kõvad ja puutuvad üksteisega väga elastselt kokku. Energia sisestatakse süsteemi, lüües kiiga kuuli. See pall liigub, kuni tabab teist palli ja peatub. Kiipallist tulenev hoog säilib, suunates selle mööda sihtkuuli ja liigutades seda omakorda mööda lauda allapoole.
14
Kasutage pogo pulka. See on väga interaktiivne viis nende põhimõtete tunnetamiseks. Pogopulk töötab enam-vähem samamoodi nagu hüppepall. Suurim erinevus on see, et olete pulgal, nii et tunnete sõna otseses mõttes mõnda neist jõududest töötamas!