最新发明打破学界思维惯性 牛顿摆摆球质量不必相等

2020年6月份,当时还是准大学生的阿尧在与微主围绕从对2020年北京市普通高中学业水平等级性考试物理卷第13题的质疑和分析中受到启发,设计制作了一款新型牛顿摆。

近日,这款新型牛顿摆设计方案荣获国家专利,证书下发。

专利证书

这道试题以牛顿撞球为背景,但是设问已经超出了牛顿撞球的范畴,因为牛顿撞球的小球质量都相等,且碰撞都是弹性的,而本题讨论了质量相等、质量不等、弹性碰撞和非弹性碰撞等多种可能情形。也就是说,即便是在考场上每人发一个牛顿撞球,对做题也不会有太大的帮助。

2020年北京市高等级性考试物理卷第13题

在微主的指导下,阿尧在WorkingModel中改变小球的质量和恢复系数,实现对该题的全真模拟。

在WM系统内创建3个大小相同的小球,用细线将它们并排悬挂起来,设置它们的质量相等、摩擦因数都为零,恢复系数都为1。

新型牛顿摆仿真

随后赋予红球一个向左的初速度,红球就会向左运动,继而返回撞击绿球,继而交换速度,周而往复。

在WorkingModel中进行多次尝试后发现,当两边小球质量与中间小球质量的比为4.2左右时,即牛顿撞球的质量比按照4.2:1:4.2:1:4.2排列时,实验效果与质量比按照1:1:1:1:1排列时的实验效果相同。

该项探究不但对2020年北京市普通高中学业水平等级性考试物理卷第13题的参考答案做了补充完善,而且产生了设计制作新型牛顿摆的创意。

我们当即网购了一批大小不等的钢球,在焦作市创客教育名师工作指导专家、顺时针魔方俱乐部技术总监李璐老师的协助下,将质量和大小不等的新型牛顿摆制作完成。

效果检验

新型牛顿摆模型

成品效果

碰撞细节

2020年8月25日,实用新型专利申请书和发明专利申请书提交;2020年8月27日,研究论文线上投稿;2020年10月2日,研究论文被中文核心期刊《物理教学》杂志录用,将于近期公开发表;2021年1月1日,实用新型专利授权公告发布,实用新型专利证书下发;发明专利目前处于实质审查阶段。

新旧牛顿摆的对比

此款摆球质量不等的新型牛顿摆,是对动量守恒定律和机械能守恒定律演示实验的丰富和完善,是对传统牛顿摆的改进和拓展,可以改变人们长期以来对牛顿摆形成的刻板印象,对打破思维定势,普及科学知识,是十分有益的。

| 创客焦作 | 

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