Cara Kerja Newton's Cradle: Desain, Struktur, dan Komposisi Bola

Newton's Cradle Design and Construction

Meskipun terdapat banyak modifikasi estetika , Newton's cradle yang normal memiliki setup yang sangat sederhana: Beberapa bola menggantung di garis dari dua lintang yang sejajar dengan garis bola. Ini dipasang melintang ke basis berat untuk stabilitas.
Pada cradle kecil, bola digantung dari kayu lintangnya dengan kawat cahaya, dengan bola pada titik segitiga terbalik. Hal ini memastikan bahwa bola hanya dapat ayunan dalam satu pesawat, sejajar dengan lintang. Jika bola dapat bergerak pada setiap pesawat lain, itu akan memberi energi lebih sedikit untuk bola yang lain dalam dampak atau kehilangan mereka sama sekali, dan perangkat tidak akan bekerja dengan baik, jika sama sekali.

Semua bola yang, idealnya, persis ukuran yang sama, berat, massa dan kepadatan. Yang berbeda-ukuran bola akan tetap bekerja, tapi akan membuat demonstrasi dari prinsip-prinsip fisik jauh kurang jelas. Cradle dimaksudkan untuk menunjukkan konservasi energi dan momentum, baik yang melibatkan massa. Dampak dari satu bola akan memindahkan bola lain dari massa yang sama jarak yang sama pada kecepatan yang sama. Dengan kata lain, itu akan melakukan jumlah yang sama bekerja pada bola kedua sebagai gravitasi lakukan pada yang pertama. Sebuah bola yang lebih besar membutuhkan lebih banyak energi untuk bergerak jarak yang sama - jadi sementara cradle akan tetap bekerja, itu membuat lebih sulit untuk melihat kesetaraan.

Selama bola semua ukuran yang sama dan kepadatan, mereka dapat sebagai besar atau sekecil yang Anda inginkan. Bola harus sempurna sejalan di pusat untuk membuat cradle bekerja yang terbaik. Jika bola saling memukul di beberapa titik lain, energi dan momentum yang hilang dengan menjadi dikirim dalam arah yang berbeda. Biasanya ada ganjil bola, lima dan tujuh yang paling umum, meskipun angka apapun akan bekerja.

Composition of Balls

Dalam sebuah Newton Cradle, bola yang ideal terbuat dari bahan yang sangat elastis dan kepadatan yang seragam. Elastisitas adalah ukuran kemampuan bahan untuk merusak dan kemudian kembali ke bentuk aslinya tanpa kehilangan energi; bahan sangat elastis kehilangan sedikit energi, bahan elastis kehilangan lebih banyak energi. Sebuah dudukan Newton akan bergerak lebih lama dengan bola yang terbuat dari bahan lebih elastis. Aturan praktis yang baik adalah bahwa sesuatu yang lebih baik bouncing, semakin tinggi elastisitas.

Stainless steel adalah bahan umum untuk bola cradle Newton karena itu baik sangat elastis dan relatif murah. Elastis logam lain seperti titanium juga akan bekerja dengan baik, tapi agak mahal.

Ini mungkin tidak terlihat seperti bola dalam buaian berubah bentuk sangat banyak pada dampak. Itu benar - mereka tidak. Sebuah bola baja stainless hanya dapat kompres oleh beberapa mikron ketika itu terkena bola lain, tapi buaian masih berfungsi karena rebound baja tanpa kehilangan banyak energi.

Kepadatan dari bola harus sama untuk memastikan energi yang ditransfer melalui mereka dengan sebagai gangguan sesedikit mungkin. Mengubah densitas material akan mengubah cara energi ditransfer melalui itu. Pertimbangkan transmisi getaran melalui udara dan melalui baja, karena baja lebih padat dari udara, getaran akan membawa jauh melalui baja dari itu akan melalui udara, mengingat bahwa jumlah energi yang sama diterapkan di awal. Jadi, jika bola cradle Newton, misalnya, lebih padat pada satu sisi dari yang lain, energi itu transfer keluar samping yang kurang padat mungkin berbeda dari energi yang diterima pada sisi yang lebih padat, dengan perbedaan yang hilang gesekan.

-- HowStuffWorks