Pendolo di Newton

Il pendolo di Newton è un particolare pendolo, composto di varie sferette (di solito cinque), che viene usato per illustrare le leggi di conservazione della quantità di moto e dell'energia.

Descrizione [modifica]

Il pendolo di Newton è costituito da un insieme di sferette metalliche di massa uguale sospese con fili a due aste di metallo orizzontali e parallele. Le sferette, a riposo, si toccano, sono alla stessa altezza e sono equidistanti dalle aste.

Funzionamento [modifica]

Se si lascia cadere una o più sferette contro le altre, quella situata all'estremità opposta si mette in moto con la stessa velocità, mentre quella lanciata si ferma e le intermedie non si muovono. Se le sferette sono più di tre e se ne lasciano cadere due, si metteranno in moto le due situate all'estremità opposta, e così via.

Teoria [modifica]

Assumendo (come è vero con buona approssimazione per i modelli in commercio) che l'urto sia completamente o parzialmente elastico, le sferette dopo l'urto debbono avere la stessa energia cinetica, oltre che la stessa quantità di moto, che avevano prima dell'urto. È facile verificare che il moto osservato (nell'approssimazione con cui tale moto è descritto al punto precedente) soddisfa tali condizioni. D'altra parte le due leggi di conservazione non determinano da sole le (almeno tre) velocità finali. Per dedurre teoricamente il comportamento osservato occorrono quindi anche altre considerazioni, di solito trascurate nell'uso didattico dell'esperimento.
Nel caso di due sole sferette, partendo dalle equazioni che descrivono le rispettive velocità di due particelle prima e dopo un urto elastico monodimensionale, si ha



dove e sono le rispettive masse delle sfere coinvolte nell'urto e gli indici ed nelle velocità significano rispettivamente iniziale (prima dell'urto) e finale (dopo l'urto).
Nel caso in esame si pone



ottenendo



Risultato in linea con ciò che mostra la verifica sperimentale.
Le sferette dopo un po', si fermano a causa dell'attrito dell'aria, per mandarle avanti all'infinito bisognerebbe mettere il pendolo in una campana sotto vuoto e non mandargli alcun tipo di vibrazioni.

Storia [modifica]

Il pendolo di Newton, che oggi è usato come giocattolo o per esperimenti fisici dimostrativi di livello di scuola elementare e media, contribuì a chiarire le leggi dell'urto elastico prima che i principi della dinamica fossero enunciati. Vale la pena notare che anche in questo caso la famosa legge dell'eponimia di Stigler non viene violata: Newton infatti non ebbe alcun ruolo nell'ideazione di questo apparecchio, che fu costruito da Robert Hooke (con tre sferette) e fu da lui usato per esperimenti dimostrativi in riunioni della Royal Society del novembre 1666.