牛顿摆（牛顿摆球原理）详情

牛顿摆的原理

牛顿摆原理假定各金属球是具有相同质量的质点。当一个质点撞击第二个质点，第一个质点的动量与能量立即转移到第二个上，如此进行下去，直到最后一个质点获得了动量与能量后弹出。即使两个或更多质点撞击球组，情况依然相同。但是，瞬间运动则需要无穷大的加速度并且质点质量为零。当一个运动着的球撞击静止的球，压缩波将在两个球中传递。

动量守恒。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。动量表示为：p=mv （p代表动量，m代表质量，v代表给定方向的速度）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。实际上，牛顿摆并不是一个封闭系统，金属球仍然受到重力的作用，会使小球弹开的速度减缓，直至停止（此时动量不守恒）。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。弹性碰撞与摩擦力。

当两个金属球碰撞时，弹性碰撞就会发生。在碰撞前后，所具有的动能不变。在理想状况下，即球只受到动量、能量与重力作用，所有的碰撞都是完美的弹性碰撞而牛顿摆的结构也是完美的，金属球将永远运动下去。但不可能存在完美的牛顿摆，因为其总会受到摩擦力的作用而使能量损耗。一部分摩擦力来自空气阻力，而主要的来自小球本身。所以牛顿摆中的碰撞并不是真正的弹性碰撞而是非弹性碰撞，因为碰撞后的动能比碰撞前的有所损失（摩擦力所致）。

但根据能量守恒定律，总能量保持不变。由于球的形变，组成球的分子间将动能转化为热能。小球发生振动，同时产生了牛顿摆标志性的清脆的碰撞声。

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牛顿摆是利用了什么原理

牛顿摆可近似看做完全弹性碰撞。

在理想情况下牛顿摆，完全弹性碰撞牛顿摆的物理过程满足动量守恒和能量守恒。如果两个碰撞小球的质量相等，联立动量守恒和能量守恒方程时可解得：两个小球碰撞后交换速度。

如果被碰撞的小球原来静止，则碰撞后该小球具有牛顿摆了与碰撞小球一样大小的速度，而碰撞小球则停止。多个小球碰撞时可以进行类似的分析。事实上，由于小球间的碰撞并非理想的弹性碰撞，还会有能量的损失，所以最后小球还是要停下来。这也是牛顿摆的核心物理原理。

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。

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。

扩展资料

当两个金属球碰撞时，弹性碰撞就会发生。在碰撞前后，所具有的动能不变。在理想状况下，即球只受到动量、能量与重力作用，所有的碰撞都是完美的弹性碰撞而牛顿摆的结构也是完美的，金属球将永远运动下去。

但不可能存在完美的牛顿摆，因为其总会受到摩擦力的作用而使能量损耗。一部分摩擦力来自空气阻力，而主要的来自小球本身。所以牛顿摆中的碰撞并不是真正的弹性碰撞而是非弹性碰撞，因为碰撞后的动能比碰撞前的有所损失（摩擦力所致）。

但根据能量守恒定律，总能量保持不变。由于球的形变，组成球的分子间将动能转化为热能。小球发生振动，同时产生了牛顿摆标志性的清脆的碰撞声。

还有一类碰撞叫完全非弹性碰撞：碰撞过程中物体往往会发生形变，还会发热、发声。因此在一般情况下，碰撞过程中会有动能损失。如果碰撞后物体结合在一起，动能损失最大，这种碰撞叫做完全非弹性碰撞。

参考资料来源：百度百科-牛顿摆

牛顿摆算科学器材吗？

牛顿摆是桌上玩具和教学工具，可演示能量守恒和动量守恒定律。当其中一个球被提起并释放时，它撞击随后的固定球，并通过一系列快速的能量传递，最后一个球被向外推动。

该设备用艾萨克·牛顿爵士（Isaac Newton）的名字命名，也被称为牛顿摆，牛顿摇杆，更随意地称为牛顿球。牛顿摆除了是优雅的装饰物外，还展示出两个非常重要的基本物理定律，即动量守恒定律和能量守恒定律。

摆被认为以牛顿命名，有两个原因。首先，可以从牛顿的第二运动定律（力=质量x加速度）中得出动量守恒定律，其次，作为对牛顿对物理学领域远比惠更斯和马里奥特贡献更大的颂歌。

多年来，牛顿摆进行了多次翻新。但是，基本轮廓保持不变并且非常简单。奇数个几乎彼此不接触的球（通常是五个或七个）被悬挂在木制或金属框架上。球通常由不锈钢制成，在极少数情况下，由钛制成。由于其良好的弹性和低廉的价格，不锈钢是构造球的理想选择。

每个球的特性（大小，重量，质量和密度）均相同，并使用两条等长的线悬挂。导线从框架的任一侧倾斜以与滚珠形成一个倒无底三角形。它们还有助于将摆锤的运动限制在与框架横杆平行的单个平面上。

牛顿摆的操作与其结构一样简单。当一端的球被抬起并释放时，它撞击随后的静止球并将所有能量传递给它。通过一系列令人难以置信的快速传递，能量被传递到另一个终端的球上，迫使球向上摆动。终端球升至等于第一个球的高度，然后掉落下来击中静止的球。现在，能量和运动都沿相反的方向进行，最终将第一个球再次推出。