நியூட்டனின் ஊசல் அமைப்பு

நியூட்டனின் ஊசல் (Newton's cradle) என்பது ஆற்றல் அழிவின்மை விதி) மற்றும் உந்தம் மாறக் கோட்பாடு ஆகியவற்றை விளக்கும் அமைப்பாகும். இவ்வமைப்பு நியூட்டனின் பெயரால் அழைக்கப்படுகிறது. நியூட்டன் இந்த ஊசலைப் பற்றி எழுதவோ அல்லது உருவாக்கவோ இல்லை. நியூட்டன் இயற்பியல் கொள்கைகளின் அடிப்படையில் அறிவியல் அறிஞர்களால் இவ்வூசல் உருவாக்கப்பட்டுள்ளது. ஒற்றை வரிசையில் அதிலும் பொதுவாக ஐந்து ஊசல்கள் தொங்கவிடப்பட்டுள்ளன. கடைசி ஊசலை அதிர்வுறச் செய்யும் போது மோதல் தத்துவத்தின் அடிப்படையில் முதல் ஊசல் அதிர்வுறுகிறது.

இவ்வுபகரணம் நியூட்டனின் பந்துகள் (Newton's balls) எனவும் அழைக்கப்படுகிறது. பல்வேறு இயற்பியல் பண்புகளை விளக்க இவ்வமைப்பு பயன்படுகிறது.

நியூட்டனின் ஊசல் அமைப்பின் விளக்கம் 

நியூட்டனின் ஊசல் அமைப்பில் ஒரே அளவுடைய ஐந்து உலோகப் பந்துகள் சம நீளத்தில் ஒரு உலோகச் சட்டத்தில் தொங்க விடப்பட்டுள்ளன.
ஒரே நீளமுடைய இரு கம்பிகளால் உலோகச் சட்ட முனையில்  அகன்றும் பந்துகள் முனையில் குறுகியும் உள்ளவாறு கட்டப்பட்டுள்ளது.
பந்துகள் இவ்வாறு கட்டப்படுவதால் அவை ஒரே தளத்தில் அலைவுறுவது தடுக்கப்படுகிறது.

செயல்படும் விதம் 

முதல்  பந்து பக்கவாட்டில் மேலே உயர்த்தப்பட்டு பின்னர் புவியீர்ப்பு விசையால்  அலைவுறச் செய்யப்படுகிறது.
இரண்டாம் பந்தின் மீது மோதியவுடனே முதல் பந்து ஓய்வு நிலையை அடைகிறது.
முதல் பந்து அலைவுற்ற அதே திசை வேகத்தில்  இரண்டாம் பந்து எதிர் திசையில் செல்கிறது.
இவ்வாறு முதல் பந்தின் ஆற்றலும் உந்தமும்  குறையாமல் கடைசிப் பந்து வரை கடத்தப்படுகிறது. இந்தப் பண்பினால் ஆற்றல் அழிவின்மை விதி மற்றும் உந்தம் மாறக் கோட்பாடு ஆகியவற்றை விளக்க இவ்வூசல் உதவுகிறது.
மீள் தன்மையுடைய மோதலின் (Perfectly elastic collision) போது ஒரு இணை பந்துகள் மோதலுக்கு உட்படுகிறது.
மீள்தன்மையுடைய கம்பியைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் இயக்கமானது நிலையாற்றலாகவும் இயக்க ஆற்றலாகவும் மாறிமாறிச் செயல்படுகிறது.
இயக்கத்தின் போது பந்துக்களுக்கிடையே ஏற்படும் உராய்வினால் சிறிதளவு ஆற்றல் வெப்ப ஆற்றலாக இழக்கப்படுகிறது.
ஆற்றல் சிறிது சிறிதாக இழக்கப்பட்டு ஊசல் அமைப்பு ஓய்வு நிலையைப் பெறுகிறது.

ஆற்றல் அழிவின்மை விதி அடிப்படையில் விளக்கம்
ஆற்றலை ஆக்கவோ அழிக்கவோ முடியாது. ஆனால் ஒரு வகை ஆற்றல் மற்றொரு வகை ஆற்றலாக மாற்றப்படும்.
இவ்வமைப்பில் இயக்க ஆற்றல் நிலையாற்றலாகவும், நிலையாற்றல் இயக்க ஆற்றலாகவும் பந்துகளுக்கிடையே மாற்றப்படுகிறது.
முடிவில் மோதல் காரணமாக ஆற்றல் வெப்ப ஆற்றலாக இழக்கப்படுகிறது.

உந்தம் அழிவின்மை விதி அடிப்படையில் விளக்கம்
தனிமைப்படுத்தப்பட்ட (Isolated) மூடிய தொகுதி ஒன்றின் (புற விசைகளின் செயல்பாடோ, புறச்சூழலோடு பரிமாற்றமோ இல்லாத ஒரு தொகுதி) மொத்த உந்தமும் மாறிலியாக இருக்கும். அதாவது பொருட்களின் மோதலுக்கு முன்பிருந்த மொத்த உந்தமும், பின்பிருக்கும் மொத்த உந்தமும் சமமாக இருக்கும். 
முதல் பந்திற்குக் கொடுக்கப்படும் உந்தம் மாறாமல் இரண்டாம் பந்திற்கு கடத்தப்படுகிறது. இவ்வாறாக உந்தம் கடைசிப் பந்து வரை நகர்கிறது. பின்னர் எதிர் திசையில் மாற்றப்படுகிறது. இது ஊசலின் அலைவு உறுதி செய்யப்படுகிறது.

குறிப்புகள்
ஊசல் அலைவுற சம எடையும் சம அளவும் கொண்ட உலோகப் பந்துகள் பயன்படுத்தப்பட வேண்டும்.
ஊசல்கள் ஒரே நீளத்தில் தொங்க விடப்பட வேண்டும்.
கம்பிகள் மீள்தன்மையுடையதாக இருக்க வேண்டும். பொதுவாக எஃகு கம்பிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
பந்துகள் ஒற்றைப்படை எண்ணிக்கையில் இருக்க வேண்டும்.
மீள்தன்மையுடைய துருப்பிடிக்காத எஃகு பந்துகள் பயன்படுத்தப்பட வேண்டும்.

நியூட்டனின் ஊசல் மூலம் விளக்கப்படும் இயற்பியல் பண்புகள் 
உந்தம் அழிவின்மை விதி (Law of conservation of momentum)
ஆற்றல் அழிவின்மை விதி (Law of conservation of energy)
உராய்வின் தன்மை (impact of friction)
மீள்தன்மையுடைய மோதல்கள் (Elastic collision)
மீள்தன்மையற்ற மோதல்கள் (Inelastic collision)
இயக்க ஆற்றல்  (Kinetic energy)
நிலையாற்றல்  (Pontential energy)

மேற்கோள்கள் 

https://www.lhup.edu/~dsimanek/scenario/cradle.htm 
C F Gauld, Newton's cradle in physics education, Science & Education, 15, 2006, 597-617
http://science.howstuffworks.com/innovation/inventions/newtons-cradle.htm

வெளியிணைப்புகள் 

Further explanation 
Uncoupled simple pendulums of monotonically increasing lengths

இயற்பியல்
இயக்கவியல்
துப்புரவு முடிந்த விருதுநகர் மாவட்ட ஆசிரியர்கள் தொடங்கிய கட்டுரைகள்
தமிழக ஆசிரியர்கள் தொடங்கிய அறிவியல் கட்டுரைகள்