Pendolo di Newton

Post date: Mar 26, 2011 10:33:48 AM

Per studiare gli urti senza troppo attrito di mezzo, un sistema particolarmente semplice è il pendolo di Newton. Questo in foto è il nostro, realizzato in M2A con qualche pallina da golf, occhielli a vite, filo da pesca e una tavola di legno a cui è incollato il tutto. Riesce a fare una decina di urti prima che l'energia si disperda.

In attesa di girare un nostro video, metto qui un filmato con un pendolo più professionale ma meno colorato del nostro: Questo pendolo ci può insegnare moltissimo sulla fisica degli urti.

Newton, il padre della meccanica moderna, lo ha usato proprio per questo, parecchi anni prima di formulare le leggi della meccanica. Il pendolo di Newton però è stato inventato da un altro grande fisico inglese: Hook, noto soprattutto per lo studio dell'elasticità. Newton era assolutamente un genio, ma aveva l'abitudine di attribuirsi meriti non suoi!

Cominciamo a pensare ad un pendolo fatto di sole due biglie. Pensiamo di alzarne una e lasciarne l'altra nella posizione di riposo. Poi, senza dargli spinte, lasciamo libera prima la biglia. Se il pendolo è fatto con biglie serie, come quelle del filmato o con palle da biliardo, la biglia che è stata colpita arriva alla stessa altezza da cui avevamo lasciato l'altra:

Si conserva l'energia! Proprio come con una sola biglia.

Le nostre palline da golf non sono male, ma dobbiamo usare un po' di immaginazione e convincerci che se fossero lisce e completamente elastiche la pallina arriverebbe alla stessa altezza da cui è stata lasciata.

Urti elastici e anelastici.

Se usassimo sfere di pongo, cambierebbe qualcosa? Ovviamente sì! Le biglie si appiccicherebbero l'una all'altra. Si tratta di due tipi di urto completamente diversi!

Chiamiamo urto elastico quello in cui si conserva l'energia, e urto anelastico quello in cui le due palline si appiccicano l'una all'altra (consumando energia che finisce per riscaldare i corpi). Sono due definizioni, e in realtà nessun urto è completamente elastico o completamente anelastico.

Il pendolo di Newton nel filmato serve per studiare gli urti elastici o quelli anelastici?

Lo scontro frontale tra due automobili è un urto elastico o anelastico?

Una legge di conservazione.

Nell'urto elastico si conserva l'energia meccanica, in quello anelastico no. Ma c'è qualche altra quantità che si conserva?

Prova a formulare una legge che leghi il numero di biglie che si muovono prima dell'urto a quello delle biglie che si muovono dopo l'urto.

Se vuoi rinfrescarti la memoria, seleziona una o più biglie nell'immagine qui sotto, e fai partire l'animazione.

(Flash animation designed by Bryan Heisey)

Sei d'accordo che una legge di conservazione per questo sistema è:

Il numero di biglie che si muovono prima dell'urto

è uguale

al numero delle biglie che si muovono dopo l'urto?

E' una bella legge, perfettamente valida per il pendolo di Newton, ma purtroppo non molto generale. Basta cambiare la massa di una delle biglie e la legge non funziona più.

Conservazione della quantità di moto.

Ma non ci disperiamo, e proseguiamo con i nostri esperimenti.

Cosa succede se facciamo partire contemporaneamente e dalla stessa altezza la biglia di destra e quella di sinistra? In particolare, le biglie nel mezzo si spostano?