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ニュートンのゆりかご

ここで Wolfram System Modelerの無料のPlanarMechanicsライブラリを使用してモデル化されたニュートンのゆりかごは,運動量保存,エネルギー保存,摩擦という3つの重要な物理学の原理を古典的に実証したものです.

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ニュートンのゆりかごの原理

最初のボールが放たれると,その位置エネルギーは運動エネルギーに変換され,2番目のボールとの衝突中に突然停止し,そのエネルギーの大部分が圧縮されて2番目のボールに伝達されます.3番目と4番目のボールにも同じことが起こりますが,エネルギーが連鎖の最後の5番目のボールに伝達されると,そのエネルギーによってボールが動きます.理想的なニュートンのゆりかごでは,5番目のボールは最初のボールと全く同じエネルギーで動きますが,現実世界ではボール間の摩擦によってそのようにはなりません.

モデル

ボールが取り付けられたワイヤーは,ボールがカスタム設計された接触モデルを介して互いに接続されている,個々の振り子のようにモデル化される(拡大画像を参照).接触モデルは衝突を処理し,ボール同士が衝突するときのボール間の接触力を計算する.このモデルは理想的なニュートンのゆりかごである.つまり,ボール間に摩擦がないのである.

3Dアニメーション

モデルはPlanarMechanicsライブラリを使用してSystem Modelerで構築されるため,モデルのアニメーションが自動的に生成され,ゆりかごシステムの高速でわかりやすい視覚化が提供される.
一番左のボールは45度の角度から放たれる.これは摩擦によるエネルギーの損失がない,理想的なニュートンのゆりかごであるため,最初のボールと最後のボールが同じ速度で動くことに注目する.

PlanarMechanicsモデルを作成して可視化

System ModelerでPlanarMechanicsライブラリを使うと,力学的なゆりかごシステムの可視化とアニメーションが素早く得られます.