مهد نيوتن
يتكون مهد نيوتن من خمس كرات حديدية، تتدلى كل كرة منها بواسطة خيطين لمنعها من الدوران حول نفسها.
صُمم مهد نيوتن في الأصل لتوضيح قانون نيوتن الثالث. عندما تصطدم كرة من أحد الطرفين بالكرات الأخرى، ينتقل تأثير التصادم عبر الكرات ويؤدي إلى حركة كرة في الطرف المقابل.
عملية الحركة
إذا رفعت كرة واحدة ثم تركتها، فإنها تصطدم بالكرات الأخرى وتتوقف تقريبًا بشكل كامل. وفي اللحظة نفسها، ترتفع كرة من الطرف المقابل بسرعة تقارب سرعة الكرة الأولى قبل التصادم، وتصل إلى ارتفاع يقارب الارتفاع الذي أُطلقت منه الكرة الأولى.
يشير ذلك إلى أن الكرة المرتدة قد اكتسبت معظم الطاقة وكمية الحركة من الكرة الساقطة. تبقى الكرات الموجودة في الوسط ساكنة تقريبًا، وتنقل موجات ناتجة عن الانضغاط. وأثناء انتشار هذه الموجات، يتحول جزء من الطاقة إلى حرارة.
بافتراض عدم فقدان أي طاقة، يكون عدد الكرات المرتدة مساويًا دائمًا لعدد الكرات التي تم إسقاطها. فإذا أسقطت كرتين، ترتد كرتان من الطرف المقابل، وإذا أسقطت ثلاث كرات، ترتد ثلاث كرات.
عند إسقاط كرة واحدة
يمكن تفسير حركة مهد نيوتن باستخدام قانون حفظ كمية الحركة (= mv) وقانون حفظ الطاقة الحركية (= 1/2 mv2) في التصادمات المرنة.
يمكن تفسير التصادم بسهولة عندما تكون الكرتان متساويتين في الكتلة. ففي التصادم المرن المثالي بين كرة متحركة وأخرى ساكنة، تنتقل كمية الحركة والطاقة الحركية من الكرة المتحركة إلى الكرة الساكنة، فتتحرك الثانية وتتوقف الأولى. وفي التصادم المرن تمامًا، لا تُفقد الطاقة الحركية على شكل حرارة أو صوت. تتشوه الكرات الحديدية الصلبة بدرجة صغيرة جدًا ثم تستعيد شكلها، ولذلك تنقل الطاقة بكفاءة عالية.
عند إسقاط كرتين أو أكثر
لنتخيل أننا رفعنا كرتين ثم تركناهما لتصطدما بالكرة الثالثة. بسبب اختلاف طفيف في توقيت التلامس، تصطدم الكرة الثانية بالكرة الثالثة أولًا. ووفقًا لقوانين التصادم المرن، تكتسب الكرة الثالثة كمية الحركة والطاقة الحركية وتبدأ بالحركة، بينما تتوقف الكرة الثانية. بعد ذلك، تصطدم الكرة الأولى بالكرة الثانية التي توقفت. تتكرر هذه العملية، ولذلك عندما نرفع كرتين ونتركهما، ترتد كرتان من الطرف المقابل بسرعة متقاربة.
الظواهر الناتجة عن الاحتكاك
في مهد نيوتن، يؤدي الاحتكاك والقوى المبددة الأخرى إلى انخفاض الطاقة الميكانيكية تدريجيًا. وبعد كل تصادم، قد تتحرك الكرات قليلًا إلى الخلف نتيجة التفاعلات بينها. ومع تراكم هذه التأثيرات بمرور الوقت، تبدأ جميع الكرات في التأرجح قليلًا في الوقت نفسه، إلى أن تتوقف الحركة بالكامل في النهاية.
تحديث 3 يونيو 2023: أصبح من الممكن سحب عدة كرات في الوقت نفسه.
تحديث 24 أبريل 2023: تم تحسين الخوارزمية وإضافة وظيفة تنزيل البيانات.