Wahadło Newtona jest wahadło jest pięć komponent piłka i zilustrowanie teorii zachowania pędu i energii .
Wahadło Newtona składa się z pięciu metalowych kulek o tej samej masie zawieszonych na dwóch drutach na dwóch sztywnych prętach. Te pięć kul styka się ze sobą w spoczynku i znajdują się w środkowej płaszczyźnie dwóch słupków. Jego działanie opiera się na zasadzie wzajemności. Pierwsze prawo Newtona stwierdza, że obowiązuje zasada akcji i reakcji.
Gdy rzucisz dwie kule, po drugiej stronie zaczynają się poruszać dwie kule. Przy rzucaniu trzech bil, po drugiej stronie dwie pozostałe bile są wprawiane w ruch wraz z uderzeniem piłki. To samo dotyczy czterech piłek.
Mniej znane doświadczenia: jeśli rzucimy piłkę z każdej strony w tym samym czasie, one odbijają się w tym samym czasie, podczas gdy trzy pośrodku pozostają nieruchome. Podobnie, z dwiema kulami po każdej stronie, ostatnia kula jest nieruchoma. Jeśli rzucimy trzy kule z jednej strony i dwie z drugiej, zderzają się i lecą na przemian trzy w jedną stronę, dwie w drugą.
Usunięcie piłki w spoczynku, podczas gdy inna wykonuje ruch na drugą stronę, przesuwa ruch piłki.
Możliwe jest rzucanie kilkoma piłkami w różnym czasie, aby zwiększyć liczbę ruchów i wstrząsów, ale wyniki są często zniekształcone przez wpływy zewnętrzne i niedoskonałość materiału.
Zasada wahadła opiera się jednocześnie na dwóch zasadach zachowania, które odnoszą się odpowiednio do energii kinetycznej i ilości ruchu.
Interpretacja jest tu łatwiejsza, jeśli weźmiemy pod uwagę wahadło z tylko dwiema kulkami. W tej analizie przywołane zasady konserwacji prowadzą do układu dwóch równań, w których powiązane są charakterystyki wahadła przed i po zderzeniu kul. Mając dane początkowe dotyczące kul, które są zerową prędkością początkową jednej z nich i równością ich masy, rozdzielczość systemu umożliwia wyznaczenie odpowiedniej prędkości dwóch kul po ich zderzeniu. Zaobserwowano wówczas, że efekt wstrząsu polegał po prostu na wymianie prędkości dwóch kulek.
Jeśli piłka zostanie rzucona z jednej strony na kilka innych nieruchomych, ta piłka zatrzyma się po uderzeniu, podczas gdy piłka znajdująca się na drugim końcu unosi się, odzyskując ruch pierwotnie rzuconej piłki.
Dwie kule na przeciwległym końcu wznoszą się, ponieważ są uderzane przez dwa uderzenia chwilowo oddzielone od krótkiego czasu .
Do matematycznego potraktowania zderzenia „łańcucha” składającego się z więcej niż 2 kulek prawa zachowania pędu i energii kinetycznej nie są już wystarczające. Załóżmy, że jest 5 kulek; biorąc pod uwagę znane warunki początkowe, potrzebne jest 5 równań, aby określić 5 prędkości końcowych.
Rzeczywiście, aby wyjaśnić zachowanie łańcucha z więcej niż 2 kulkami, konieczne jest wzięcie pod uwagę szczególnej właściwości urządzenia: uważamy „łańcuch” za układ złożony z mas i sprężyn (podobnie jak w przypadku drgań sieci krystalicznej). W tym systemie rozchodzi się fala. Tylko wtedy, gdy propagacja ta odbywa się bez dyspersji, uzyskuje się zachowanie obserwowane z kulkami. Jeśli sprężyny respektują prawo Hooke'a , mamy silne rozproszenie i eksperyment nie przebiega tak, jak obserwujemy go z kulkami. Można to łatwo pokazać na szynie z poduszką powietrzną. System np. 5 wózków plus sprężyny jako ograniczniki nie zachowuje się jak kulki. Gdy rzucisz dwa wózki na pozostałe trzy, które są w spoczynku, powstaje dość chaotyczny ruch. Brak rozproszenia łańcucha kulek wynika z faktu, że równoważne sprężyny, które odpowiadają naciskowi jednej kuli na drugą, wcale nie są typu prawa Hooke'a.
John Wallis , Christopher Wren i Christiaan Huygens przedstawili Towarzystwu Królewskiemu w 1662 roku pamiętniki opisujące zasady działania tego wahadła. Dlatego Newton nie brał w tym udziału. René Descartes miał przed sobą ideę zachowania momentu pędu , ale jego rozwiązanie problemu nie było kompletne.