【科学小实验】牛顿摆
2018-10-23
牛顿摆是由法国物理学家伊丹·马略特（Edme Mariotte）最早于1676年提出的。当摆动最右侧的球并在回摆时碰撞紧密排列的另外四个球，最左边的球将被弹出，并仅有最左边的球被弹出。
牛顿摆是一个1960年代发明的桌面演示装置，五个质量相同的球体由吊绳固定，彼此紧密排列。又叫：牛顿摆球、动量守恒摆球、永动球、物理撞球、碰碰球等。
猜一猜：最右边的球放手后，其他的小球会怎样运动？
带着提出的小疑问，自己动手模拟下牛顿摆的过程原理吧！
制作步骤：
1、先准备左图的两根方木和羊角钉（注意方木是上面有小孔的）；将羊角钉安装到方木较小的孔内，注意羊角钉的方向。安装完会多出一个羊角钉，先放一边。
2、在两根方木侧面的两个较近大孔内插入圆木棍，注意两根方木的方向，另外两根方木也同第3步一样安装（注意是较近的两个孔）。
3、在带羊角钉的两根方木剩下的4个孔内连接圆木棍，圆木棍另一端连接第4步的方木，注意上下方向；最后在带羊角钉的其中一根方木中间安装一个羊角钉（是顶端中间有小孔的方木）；银扎带和细线平均剪成5份，接着把银色扎带对中折弯。
细线对中折，将中心的那头穿过黑色玻璃珠；然后把银扎带夹在细线中，往回拉细线让银扎带一半能卡在玻璃珠内，露出的银扎带两端左右折弯，此时玻璃珠就处在细线的中心位置（参考上面的小球穿线图）
4、把5根带玻璃珠的细线一端分别打结绑到5个羊角钉的那根方木上，细线的另一端绕到6个羊角钉的方木上（注意对应位置），绕三圈左右后调整5颗玻璃珠到一条直线上；然后将5根细线多余部分一起绕到顶部的羊角钉上，如果细线有松动，可以把顶部羊角钉拧紧一些。最后再调整一次5颗玻璃珠到一条直线上。
5、实验摆动最边上的小球，另一端最边上的小球也开始来回摆动。
【实验认知】
牛顿摆又名牛顿摇篮、牛顿摆球、动量守恒摆球、永动球、物理撞球、碰碰球等。当摆动最右侧的球并在回摆时碰撞紧密排列的另外四个球，最左边的球将被弹出，并仅有最左边的球被弹出。由于牛顿摆演示的各种碰撞现象，源于牛顿力学的基本原理（动量守恒、动能定理等），又因小球碰撞后摆动的样子很像婴儿的摇篮摆动，所以大家把这个实验道具起了一个有趣的名字叫牛顿摇篮。
【知识原理】
动量守恒定律表明在一个封闭系统中，给定方向的动量是恒定的。当小球甲撞击小球乙，它以特定的方向运动，例如从东向西运动。
那意味着，它的动量（动量是矢量）也以从东向西的方向运动。任何小球运动方向上的改变将导致动量的改变，这只有在受到外力作用的情况下才能实现。那就是为什么小球甲不是简单地被小球乙弹开——它的动量将能量以从东向西的方向传递过所有的球。
当最后一个球无法继续传递动量与能量，它就被弹开。当它运动到最高点时，它只蕴含势能，而动能减少到零，重力使它向下运动，循环再次开始。
操作过程中务必注意安全，需成人全程陪伴，不要让孩子单独操作，该视频仅供展示制作过程以及原理。
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部分图片来源于网络
小编：秋秋
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