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关于蹦床物理学

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Anonim

蹦床看上去无非是简单的乐趣,但实际上它是一系列最基本的物理学定律。 上下跳跃是能量守恒从能量到动力学的经典例子。 它还展示了胡克定律和弹簧常数。 此外,它验证并说明了牛顿的三个运动定律。

抓住机会学习蹦床的物理原理。 图片来源:约翰·隆德/内华达威尔/布莱德影像/盖蒂图片社

动能

当具有一定质量的物体以给定速度运动时,就会产生动能。 换句话说,所有运动物体都具有动能。 动能的公式如下:KE =(1/2)mv ^ 2,其中m是质量,v是速度。 当您跳上蹦床时,身体的动能会随着时间而变化。 当您上下跳跃时,动能随速度增加或减少。 在下降途中撞到蹦床之前以及上升途中离开蹦床表面时,您的动能最大。 当您达到跳跃高度并开始下降并且在蹦床上时,您的动能为0,即将向上推动。

势能

势能随动能而变化。 在任何时候,您的总能量等于您的势能加动能。 势能是高度的函数,其等式如下:PE = mgh其中m为质量,g为重力常数,h为高度。 您越高,您拥有的潜在能量就越多。 当您离开蹦床并开始向上行驶时,您的动能越高,您的动能就会降低。 换句话说,您放慢速度。 当您放慢脚步并获得身高时,您的动能就会转化为势能。 同样,当您跌倒时,身高会降低,这会降低您的势能。 之所以存在这种能量减少,是因为您的能量正在从势能变为动能。 能量转移是能量守恒的经典例子,它表明总能量随时间恒定。

胡克定律

胡克定律涉及弹簧和平衡。 蹦床基本上是一个连接多个弹簧的弹性盘。 当您降落在蹦床上时,弹簧和蹦床表面会由于身体降落在其上而受力。 胡克定律指出,弹簧将起作用以恢复平衡。 换句话说,当您着陆时,弹簧将向后拉动您的身体重量。 该力的大小等于您着陆时在蹦床上施加的力。 胡克定律用以下方程式表示:F = -kx其中F是力,k是弹簧常数,x是弹簧的位移。 胡克定律只是势能的另一种形式。 正如蹦床将推动您前进一样,即使您处于最小身高,您的动能也为0,但您的势能已最大化。 这是因为您的势能与弹簧常数和胡克定律有关。

牛顿运动定律

跳上蹦床是说明牛顿运动定律的三个极好方法。 第一条定律规定,除非有外力作用,否则物体将继续其运动,这一事实说明了当您跳起来时您不会飞入天空,并且您不会飞过它的底部下来时蹦床。 重力和蹦床的弹力使您不断蹦蹦跳跳。 牛顿第二定律说明了速度如何随基本方程F = ma改变,即力等于质量乘以加速度。 这个简单的方程式用于查找动能方程式,其中加速度只是重力。 牛顿第三定律指出,对于每一个动作,都有相等的相反反应。 胡克定律说明了这一点。 当弹簧拉伸时,它们会表现出相等且相反的作用力,压缩回平衡状态并推动您上升。

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