Батут выглядит как не что иное, как простое веселье, но на самом деле это сложный набор самых основных законов физики. Прыжки вверх и вниз - классический пример сохранения энергии от потенциальной к кинетической. Это также демонстрирует законы Гука и постоянную весны. Кроме того, он проверяет и иллюстрирует каждый из трех законов движения Ньютона.
Кинетическая энергия
Кинетическая энергия создается, когда объект с некоторым количеством массы 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 обладает кинетической энергией, которая со временем меняется. Когда вы прыгаете вверх и вниз, ваша кинетическая энергия увеличивается и уменьшается с вашей скоростью. Ваша кинетическая энергия самая большая, как раз перед тем, как ударить батут на пути вниз и когда вы покидаете поверхность батута на пути вверх. Ваша кинетическая энергия равна 0, когда вы достигаете высоты своего прыжка и начинаете спускаться, а когда находитесь на батуте, вот-вот поднимитесь.
Потенциальная энергия
Потенциальная энергия изменяется вместе с кинетической энергией. В любое время ваша полная энергия равна вашей потенциальной энергии плюс ваша кинетическая энергия. Потенциальная энергия является функцией высоты, и уравнение выглядит следующим образом: PE = mgh, где m - масса, g - постоянная гравитации, а h - высота. Чем выше вы, тем больше потенциальной энергии у вас есть. Когда вы покидаете батут и начинаете двигаться вверх, ваша кинетическая энергия уменьшается с ростом высоты. Другими словами, вы замедляетесь. Когда вы замедляетесь и набираете высоту, ваша кинетическая энергия переводится в потенциальную энергию. Точно так же, когда вы падаете, ваш рост уменьшается, что уменьшает вашу потенциальную энергию. Это уменьшение энергии существует, потому что ваша энергия превращается из потенциальной энергии в кинетическую энергию. Передача энергии является классическим примером сохранения энергии, который 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 растягиваются под действием силы приземления вашего тела на него. Закон Гука гласит, что пружины будут работать, чтобы вернуться к равновесию. Другими словами, пружины будут тянуться против веса вашего тела, когда вы приземлитесь. Величина этой силы равна той, которую вы оказываете на батуте при приземлении. Закон Гука сформулирован в следующем уравнении: F = -kx, где F - сила, k - постоянная пружины, а x - смещение пружины. Закон Гука - просто другая форма потенциальной энергии. Точно так же, как батут собирается поднять вас, ваша кинетическая энергия равна 0, но ваша потенциальная энергия максимальна, даже если вы находитесь на минимальной высоте. Это потому, что ваша потенциальная энергия связана с постоянной пружины и законом Гука.
Законы движения Ньютона
Прыжки на батуте - отличный способ проиллюстрировать все три закона движения Ньютона. Первый закон, который гласит, что объект будет продолжать свое движение, если на него не воздействует внешняя сила, иллюстрируется тем фактом, что вы не взлетаете в небо, когда прыгаете вверх, и что вы не летите через дно батут, когда вы спускаетесь. Гравитация и пружины батута заставляют вас подпрыгивать. Второй закон Ньютона иллюстрирует, как ваша скорость изменяется 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 - это просто гравитация. Третий закон Ньютона гласит, что на каждое действие существует равная противоположная реакция. Это иллюстрируется законом Гука. Когда пружины растянуты, они проявляют равную и противоположную силу, сжимаясь обратно в равновесие и выталкивая вас в воздух.
