我想睡覺

儀器說明

牛頓擺是一個1960年代發明的桌面演示裝置，五個質量相同的球體由吊繩固定，彼此緊密排列。

牛頓擺最早是由法國物理學家埃德姆·馬略特（Edme Mariotte）於1676年提出的。當擺動最右側的球並在回擺時碰撞緊密排列的另外四個球，最左邊的球將被彈出，並僅有最左邊的球被彈出。

當然此過程也是可逆的，當擺動最左側的球撞擊其它球時，最右側的球會被彈出。當最右側的兩個球同時擺動並撞擊其他球時，最左側的兩個球會被彈出。同理相反方向同樣可行，並適用於更多的球，三個，四個，五個甚至六個。

展演流程

-實驗演示影片照片

我們會以十種左右邊不同比例的球數做撞擊，進行此牛頓擺實驗，分別為1:0、2:0、3:0、4:0、5:0、1:1、2:1、2:2、3:2、4:1十種比例，觀測牛頓擺球體的運動過程，實驗結束後會由一人來說明牛頓擺的原理。

原理說明

牛頓擺具有五個大小相同、質量相同的鍍鎳鋼球，由細尼龍絲吊住，相連呈一直線，且彼此緊密排列。當把末端的鋼球拉高使其自由落下時，其位能轉變成動能而具有初速，並且與其鄰近鋼球發生碰撞。此碰撞可以近似成一維彈性碰撞，因此碰撞前後動量、動能皆守恆。

以下由圖說明：

因m₁=m₂ ，且v₂=0

所以v'₁=0，v'₂=v₁，意即碰撞後兩球速率互換，此情形可視為前球把動量傳遞給後球。

1號球將動量傳給2號球，同樣的2號球也會將動量傳下去，當傳到5號球時，因無法將動量繼續傳遞，因此被彈出。

如此，就只有兩端的鋼球會反覆的進行動能與位能的轉換。

生活應用

(1) 撞球：以球桿施力撞擊母球後，母球就會往施力的方向運動，當正面撞擊其他球時，產生彈性碰撞，因此把能量傳遞給另一顆球後母球停止不動，就像牛頓擺以第一顆球撞擊後，能量由二、三、四顆的球傳遞能量，而第五顆球因為沒有更後面的球可以傳遞，所以沿著施力方向彈起，但是因為有細繩拉住，所以形成拋物線的運動。

(2) 台北101大樓內部設置阻尼器，利用大樓被外來因素導致搖動時，阻尼器會隨之頻率擺動，能夠讓大樓更穩固。這就像牛頓擺五顆球一起擺動，讓能量不斷左右傳遞後，經由特殊的緩衝系統讓地震或強風的能量降低，便不會因搖動而造成大樓倒塌、斷裂。

參考資料

(1) 維基百科

https://zh.m.wikipedia.org/zh-tw/牛顿摆

(2) 科學部落格-擺玩不厭

https://www.google.com.tw/url?sa=t&source=web&rct=j&url=https://blog.ntsec.edu.tw/index.php%3Ftid%3D531%26id%3D221&ved=2ahUKEwinyo_fo4TbAhUFF5QKHSeUCTgQFjAQegQIAhAB&usg=AOvVaw1tJnAoFWdSNvO2hsRLIB8P (3) 牛頓擺-科學遊戲部落格

http://m.xuite.net/blog/lkksfe2006/twblog/120436374

(4) 牛頓擺-格物致知

http://gewuzhizhi.weebly.com/pic31-newton-cradle.html

(5) (影片) 牛頓擺

https://youtu.be/PEmrWDkX5BA

(6) 流言終結者-牛頓擺另類玩法

https://youtu.be/BiLq5Gnpo8Q