sciencetalk

Welke natuurkundewet demonstreert de newtonpendel (Newton's cradle) eigenlijk? Gewoonlijk wordt de newtonpendel beschouwd als een demonstratie van behoud van impuls en energie. Maar het probleem is dat iemand net zo goed kan beweren dat hij niet-natuurkundige wetten demonstreert, zoals behoud van snelheid (ingaande snelheid is uitgaande snelheid) en behoud van bewegende massa (x ingaande balletjes resulteert in x uitgaande balletjes). Wat zou je kunnen aanpassen aan de newtonpendel om er iets mee aan te tonen?


Figuur uit wikimedia commons. Demonstratie van de middelpuntzoekende kracht?

Is het wel mogelijk om een natuurwet met één enkel experiment te demonstreren? Het lijkt me dat je dan met wat creativiteit altijd wel alternatieve niet-natuurwetten kunt bedenken die de bij dat ene experiment waargenomen verschijnselen evengoed zouden verklaren. Om zulke ondeugdelijke verklaringen uit te sluiten zou je meerdere varianten van de Newton-pendel moeten laten zien: verschillende aantallen ballen met verschillende massa's, etc.

Ook lijkt het er bij oppervlakkige beschouwing op dat de impuls juist niet behouden blijft want de ballen keren tijdens het uitzwaaien van bewegingsrichting om.

Professor Puntje schreef: ↑do 20 feb 2020, 12:53 Is het wel mogelijk om een natuurwet met één enkel experiment te demonstreren? Het lijkt me dat je dan met wat creativiteit altijd wel alternatieve niet-natuurwetten kunt bedenken die de bij dat ene experiment waargenomen verschijnselen evengoed zouden verklaren. Om zulke ondeugdelijke verklaringen uit te sluiten zou je meerdere varianten van de Newton-pendel moeten laten zien: verschillende aantallen ballen met verschillende massa's, etc.

De variant met verschillende massa's is inderdaad een mooie aanvulling:



Met magnetische ballen zou je denken dat er nog steeds behoud van impuls en energie is, maar toch is het resultaat anders:

Ook lijkt het er bij oppervlakkige beschouwing op dat de impuls juist niet behouden blijft want de ballen keren tijdens het uitzwaaien van bewegingsrichting om.

Klopt, bij de newtonpendel gaat het vooral om de botsing. De slingerbeweging is een ander verhaal.

Maar gaat theoretisch alleen het buitenste kleine balletje bewegen of meerdere als je aan de andere kant de grote bal in beweging zet? Zowel impuls als energie moet kloppen. Bij gelijke ballen is dat het geval voor de buitenste 2, maar voor ongelijke ballen niet

Als je de vergelijkingen opschrijft van behoud van impuls en behoud van energie dan zil je waarschijnlijk een oplossing vinden waarbij meerdere kogels gaan bewegen elk met een te berekenen snelheid zodat impuls en energie gelijk blijven.

Overigens opmerkelijk aan de demonstratie met even zware balletjes is dat de waarneming ondergeschikt is aan het ideaal. Het ideaal is dat als er links 1 bal invalt, dat er dan rechts 1 bal moet wegschieten. Maar in de werkelijkheid zie je rechts altijd 2 balletjes wegschieten. De verleiding is groot om dan het ideaal toch prioriteit te geven boven de waarneming.

Vertraagd:

Vertraagd:

Normale snelheid:

Ook bij drie gelijke balletjes is totale impulsoverdracht van het inkomende balletje naar het balletje aan de andere kant niet de enige mogelijkheid.

Balletje 1 (rood) komt met snelheid 1 van links naar het middelste (blauw) en het rechtse balletje (groen).
Dit zijn oplossingen die aan behoud van impuls, behoud van energie en v1<v2<v3 (ze kunnen elkaar niet voorbij) voldoen: Helemaal rechts de oplossing als in de filmpjes (twee linkse balletjes hangen stil, rechtse heeft snelheid 1 gekregen), helemaal links als de twee rechtse balletjes zich als één object gedragen.

Waarschijnlijk moet je de balletjes verende raakvlakjes geven om de zaak netjes uit te kunnen rekenen.

Dat meerdere ballen wegschieten ligt volgens mij aan 2 dingen.
1) De stilstaande balletjes raken elkaar niet aan, er is dus een kettingbotsing.
2) Energie verliesdoor wrijving/deformatie van de metalen balletjes.