Демонстрациони огледи

Закон одржања импулса (колица са опругом)

  се може илустровати помоћу пара једнаких колица која се повезују преко еластичне траке или опруге као на слици 1. Колица између којих се налази сабијена еластична опруга поставе се на средину глатке хоризонталне платформе, а иза колица се на истим растојањима поставе дрвени маркери као граничници. Колица и опруга представљају изолован физички систем. У почетном тренутку импулс и једних и других колица појединачно једнак је нули, а такође и импулс целог система. Када се опруга ослободи, колица се одбију и почињу да се крећу у супротним смеровима. То значи да колица тада имају импулс који је различит од нуле. Да би укупан импулс система остао једнак нули, односно да би важио закон одржања импулса, колица морају имати супротне импулсе, односно једнаке по правцу и интензитету, а различите по смеру. Пошто колица имају једнаке масе, то значи да њихове брзине морају истих интензитета, али супротних смерова што се и показује огледом, јер колица истовремено ударају у дрвене маркере иза њих

Модел мртве петље

Сила трења која делује на куглицу која се котрља низ мртву петљу (слика 2.) може се занемарити, тако да можемо сматрати да се њена  одржава током кретања. Када се куглица пусти низ жљеб, и почне да се котрља, њена потенцијална енергија опада са висином, али њена   расте због повећања брзине. У најнижој тачки петље, потенцијална енергија куглице је једнака нули, али ту она достиже максималну брзину, што значи да њена кинетичка енергија има највећу вредност. Уколико се куглица пусти са висине која је једнака пречнику круга, она ће у складу са законом одржања енергије успети да се попне више од средине круга, након чега ће пасти. Да би куглица успела да обиђе цео круг на петљи, неопходно је да у највишој тачки круга има одређену брзину, тако да је њено центрипетално убрзање у тој тачки бар једнако или веће од убрзања Земљине теже. Ово указује да њена кинетичка енергија тада мора бити већа од нуле, односно да се куглица мора пустити са висине која је већа од пречника круга, да би обишла мртву петљу ([latex]h_{min}= 5D/4[/latex]).

Максвелов диск

Помоћу Максвеловог диска који је приказан на слици 3, може се илустровати трансформација механичке енергије из потенцијалне у кинетичку, и обрнуто. Максвелов диск је учвршћен за своју осовину на чије су крајеве везане нити које су окачене на статив (слика 3). Симетричним намотавањем ових нити око осовине диск се подиже. У почетном тренутку диск се налази на одређеној висини и има само потенцијалну енергију. Када се диск пусти да пада, нити се одмотавају, док диск ротира око своје осовине. Потенцијална енергија се смањује са висином, а кинетичка енергија расте све до најниже тачке када се обе нити сасвим одмотају. Тада је потенцијална енергија металног диска једнака нули, а кинетичка достиже максималну вредност. Ту се кретање не зауставља јер диск по инерцији наставља да ротира, па нити се поново намотавају око осовине у другом смеру, због чега диск почиње да се пење. При пењању брзина точке опада, што значи да се кинетичка енергија трансформише у потенцијалну. Када стигне до почетне висине, точак се зауставља и поново почиње да пада али овога пута његова ротација има супротан смер.

Перкусиона машина

Перкусиона машина се састоји од већег броја једнаких куглица окачених о танке нити, које могу међусобно сударају као што је приказано на слици 4. Ове сударе може сматрати приближно апсолутно еластичним, што значи да ће приликом судара важити закони одржања импулса и механичке енергије. Уколико се једна куглица перкусионе машине отклони и пусти да удари у остале куглице, куглица на супротној страни ће након судара одскочити до исте висине, а све куглице између њих се неће ни померити. Уколико се отклоне две куглице и пусте, може се приметити да ће са супротне стране одскочити такође две куглице и то до исте висине. Можемо се запитати да ли је то увек случај да број куглица које отклонимо и број куглица које одскачу буде исти. У то се можемо уверити и сами изводећи огледе са три и више куглица. Такође то можемо закључити и из закона одржања енергије и импулса, који важе приликом ових апсолутно еластичних судара. Како је импулс куглица сразмеран њиховој брзини, а кинетичка енергија квадрату њихове брзине, да би оба закона одржања била испуњена, маса куглица које одскачу мора бити једнака маси отклоњених куглица. У то се можемо и директно уверити ако у математичком облику испишемо ове законе одржања у облику једнакости. Делећи ове једнакости, закључићемо да брзина куглица након судара мора бити иста, а самим тим и маса, односно број куглица које одскачу. Дакле, број отклоњених куглица и број куглица које након судара одскачу је увек исти, чиме смо директно демонстрирали важење закона одржања механичке енергије и импулса.

Закон одржања момента импулса (Прантлова столица)

На столици која може да ротира седи човек и у руци држи точак који ротира (слика 5.). Точак и особа која седи на столици представљају изолован физички систем који се састоји од два тела (човек и столица заједно представљају једно тело, а точак друго). У почетном тренутку ротира само точак, а човек на столици мирује. Шта ће се десити ако човек окрене точак за 180º и тако му промени смер ротације? И човек и столица почеће да ротирају, а смер њихове ротације биће супротан од смера ротације точка. Зашто?

Ако је момент импулса точка у почетном тренутку L, то је уједно и укупан  посматраног физичког система. После обртања точка његов  је -L, што значи да се момент импулса самог точка променио за 2L. Како је обртање точка извршено радом унутрашњих сила, укупан момент импулса целог система мора остати непромењен. Дакле, момент импулса ротације човека, столице и точка мора бити 2L. У овом систему не важи закон одржања механичке енергије. Радом неконзервативних унутрашњих сила (рад који изврши човек приликом обртања точка) долази до повећања кинетичке енергије система.