Батут кажется просто чем-то простым, но на самом деле это сложный массив самых основных законов физики. Прыжки вверх и вниз - классический пример сохранения энергии, от потенциала до кинетического. Он также демонстрирует законы Гука и постоянную пружину. Кроме того, он проверяет и иллюстрирует три из трех законов движения Ньютона.
Кинетическая энергия
Кинетическая энергия создается, когда объект с некоторой массой движется с заданной скоростью. Другими словами, все движущиеся объекты имеют кинетическую энергию. Формула для кинетической энергии следующая: KE = (1/2) mv ^ 2, где m - масса, а v - скорость. Когда вы прыгаете на батуте, ваше тело имеет кинетическую энергию, которая изменяется со временем. Когда вы вскакиваете вверх и вниз, ваша кинетическая энергия увеличивается и уменьшается с вашей скоростью. Ваша кинетическая энергия велика, как раз перед тем, как вы ударите батут по дороге вниз и когда вы покинете поверхность батута на пути вверх. Ваша кинетическая энергия равна 0, когда вы достигаете высоты своего прыжка и начинаете спускаться и когда находитесь на батуте, который должен двигаться вверх.
Потенциальная энергия
Потенциальные изменения энергии наряду с кинетической энергией. В любой момент ваша полная энергия равна вашей потенциальной энергии плюс ваша кинетическая энергия. Потенциальная энергия является функцией высоты, а уравнение имеет следующий вид: PE = mgh, где m - масса, g - постоянная силы тяжести, h - высота. Чем выше вы, тем больше у вас потенциальной энергии. Когда вы покидаете батут, и вы начинаете путешествовать вверх, ваша кинетическая энергия уменьшается выше, чем вы. Другими словами, вы замедляетесь. По мере того как вы замедляетесь и набираете высоту, ваша кинетическая энергия передается в потенциальную энергию. Аналогично, когда вы падаете, ваш рост уменьшается, что уменьшает вашу потенциальную энергию. Это снижение энергии существует, потому что ваша энергия меняется от потенциальной энергии к кинетической энергии. Передача энергии является классическим примером сохранения энергии, которая утверждает, что полная энергия постоянна во времени.
Закон Гука
Закон Гука касается пружин и равновесия. Батут - это в основном эластичный диск, соединенный с несколькими пружинами. Когда вы приземляетесь на батуте, пружины и поверхность батута тянутся в результате силы вашего тела, приземляющегося на него. Закон Гука утверждает, что пружины будут работать, чтобы вернуться к равновесию. Другими словами, пружины будут отступать от веса вашего тела, когда вы приземляетесь. Величина этой силы равна той, которую вы оказываете на батуте, когда вы приземляетесь. Закон Гука изложен в следующем уравнении: F = -kx, где F - сила, k - постоянная пружины, а x - смещение пружины. Закон Гука - это просто еще одна форма потенциальной энергии. Так же, как батут приближает вас, ваша кинетическая энергия равна нулю, но ваша потенциальная энергия максимизируется, даже если вы находитесь на минимальной высоте. Это связано с тем, что ваша потенциальная энергия связана с постоянной весны и законом Гука.
Законы Ньютона о движении
Прыжки на батуте - отличный способ проиллюстрировать все три закона Ньютона о движении. Первый закон, в котором говорится, что объект продолжит свое движение, если не будет действовать внешней силой, иллюстрируется тем фактом, что вы не взлетаете в небо, когда вы вскакиваете, и что вы не летите через дно батут, когда вы спускаетесь. Гравитация и пружины батута заставляют вас подпрыгивать. Второй закон Ньютона показывает, как изменяется ваша скорость с помощью основного уравнения F = ma, или сила равна массе, умноженной на ускорение. Это простое уравнение используется для нахождения уравнений для кинетической энергии, где ускорение - просто гравитация. Третий закон Ньютона утверждает, что для каждого действия существует равная противоположная реакция. Это иллюстрируется законом Гука. Когда пружины растягиваются, они проявляют равную и противоположную силу, сжимаясь обратно в равновесие и подталкивая вас в воздух.
