Das Newtonsche Pendel

Das Newtonsche Pendel

Ein Kugelstoßpendel (auch Kugelpendel, Newtonpendel oder Newton-Wiege) ist eine Anordnung von (typischerweise fünf) identischen Kugeln (meist aus Metall), die an je zwei bei allen Kugeln gleich langen Fäden in einer Reihe und auf gleicher Höhe aufgehängt sind. Die Kugeln bilden damit einzelne Pendel gleicher Masse und Pendellänge, deren Bewegungsfreiheit durch die trapezförmige Aufhängung auf die gleiche vertikale Ebene beschränkt ist. Der Abstand der Aufhängepunkte im Rahmen ist dabei gleich dem Durchmesser der Kugeln, sodass diese in Ruhe senkrecht hängen und sich gerade berühren.
Wenn man nun eine der äußeren Kugeln mit gestreckten Fäden seitlich anhebt und gegen die Reihe der anderen Kugeln zurückfallen lässt, wird am gegenüberliegenden Ende genau eine Kugel abgestoßen; die ursprünglich bewegte Kugel „bleibt stehen“, alle anderen Kugeln bleiben in Ruhe. Wenn die abgestoßene Kugel dann zurück pendelt und ihrerseits aufprallt, stößt sie die äußerste Kugel auf der anderen Seite wieder ab – das System „schwingt“.
Bemerkenswert ist insbesondere das Verhalten bei mehr als einer bewegten Kugel: Auch wenn man zwei oder mehr Kugeln pendeln lässt, werden auf der anderen Seite immer genau so viele Kugeln mit genau der Geschwindigkeit abgestoßen, wie auf der Gegenseite mit dieser Geschwindigkeit aufgeprallt sind, und nicht etwa nur eine Kugel mit höherer Geschwindigkeit, wie man intuitiv vermuten könnte. Ein Kugelstoßpendel ist daher eine Vorrichtung zur Demonstration des Impuls- und Energieerhaltungssatzes.
Die Vorrichtung geht auf den französischen Physiker Edme Mariotte zurück, der sie erstmals 1673 in seinem Werk Traitté de la percussion ou chocq des corps veröffentlichte. Sie wurde in den 1960er Jahren als kleines, dekoratives Spielzeug beliebt.