المبادئ الأربعة للفيزياء وراء الترامبولين

المبادئ الأربعة للفيزياء وراء الترامبولين

يبدو الترامبولين على أنه ليس أكثر من مجرد متعة ، ولكنه في الواقع مجموعة معقدة من أبسط قوانين الفيزياء. القفز لأعلى ولأسفل هو مثال كلاسيكي على الحفاظ على الطاقة ، من الإمكانات إلى الحركية.

-الطاقة الحركية

يتم إنشاء الطاقة الحركية عندما يتحرك جسم بكمية معينة من الكتلة بسرعة معينة. بمعنى آخر ، كل الأجسام المتحركة لها طاقة حركية. صيغة الطاقة الحركية هي كما يلي: KE=(1/2) mv ^ 2 ، حيث m كتلة ، و v هي السرعة.

عندما تقفز على الترامبولين ، فإن جسمك لديه طاقة حركية تتغير بمرور الوقت. عندما تقفز لأعلى ولأسفل ، تزداد طاقتك الحركية وتنخفض مع سرعتك. تكون طاقتك الحركية في أعظمها ، قبل أن تضغط على الترامبولين في طريقك للأسفل وعندما تترك سطح الترامبولين في طريقك لأعلى.

لكن طاقتك الحركية تكون 0 عندما تصل إلى ارتفاع قفزتك وتبدأ في الهبوط وعندما تكون على الترامبولين ، تكون على وشك الدفع لأعلى.

-الطاقة الكامنة

تغيرات الطاقة المحتملة إلى جانب الطاقة الحركية. في أي وقت ، تكون طاقتك الإجمالية مساوية لطاقتك الكامنة بالإضافة إلى طاقتك الحركية. الطاقة الكامنة هي دالة للارتفاع والمعادلة كما يلي: PE=mgh حيث m كتلة ، g هو ثابت الجاذبية و h ارتفاع ، وفقًا لجامعة أوريغون.

كلما زاد ارتفاعك زادت الطاقة الكامنة لديك. عندما تترك الترامبولين وتبدأ بالسفر لأعلى ، تنخفض طاقتك الحركية كلما صعدت إلى أعلى. بمعنى آخر ، أنت تبطئ. عندما تبطئ وتزيد من ارتفاعك ، يتم تحويل طاقتك الحركية إلى طاقة كامنة.

وبالمثل ، عندما تسقط ، يقل طولك مما يقلل من طاقتك الكامنة. هذا النقص في الطاقة موجود لأن طاقتك تتغير من طاقة كامنة إلى طاقة حركية. يعتبر نقل الطاقة مثالًا كلاسيكيًا على الحفاظ على الطاقة ، والذي ينص على أن إجمالي الطاقة ثابت بمرور الوقت.

-قانون هوك

يتعامل قانون هوك مع الينابيع والتوازن. الترامبولين هو في الأساس قرص مرن متصل بعدة نوابض. عندما تهبط على الترامبولين ، تتمدد الينابيع وسطح الترامبولين نتيجة قوة جسدك التي تهبط عليها.

ينص قانون هوك على أن الينابيع ستعمل على العودة إلى التوازن ، وفقًا لجامعة إلينوي ويسليان. بمعنى آخر ، سوف تتراجع الينابيع عكس وزن جسمك عندما تهبط. حجم هذه القوة يساوي تلك التي تمارسها على الترامبولين عندما تهبط.

تم ذكر قانون هوك في المعادلة التالية: F=- kx حيث F هي القوة ، k هو ثابت الربيع و x هو إزاحة الزنبرك. قانون هوك هو مجرد شكل آخر من أشكال الطاقة الكامنة.

تمامًا كما يوشك الترامبولين على دفعك للأعلى ، تكون طاقتك الحركية 0 ولكن طاقتك الكامنة تتعاظم ، حتى لو كنت في أدنى ارتفاع. هذا لأن طاقتك الكامنة مرتبطة بثابت الزنبرك وقانون هوك.

قوانين نيوتن للحركة

القفز على الترامبولين طريقة ممتازة لتوضيح قوانين نيوتن الثلاثة للحركة:

القانون الأول ، الذي ينص على أن الجسم سيستمر في حركته ما لم يتم التصرف بناءً عليه من قبل قوة خارجية ، وفقًا للإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا) ، يتضح من حقيقة أنك لا تحلق في السماء عندما تقفز. وأنك لا تطير عبر قاع الترامبولين عندما تنزل. الجاذبية وينابيع الترامبولين تجعلك تنبض.

يوضح قانون نيوتن الثاني كيف تتغير سرعتك مع المعادلة الأساسية لـ F=مللي أمبير ، أو القوة تساوي الكتلة مضروبة في التسارع ، وفقًا لوكالة ناسا. تُستخدم هذه المعادلة البسيطة لإيجاد معادلات الطاقة الحركية ، حيث يكون التسارع هو الجاذبية ببساطة.

ينص قانون نيوتن الثالث على أنه لكل فعل رد فعل معاكس متساوٍ ، وفقًا لوكالة ناسا أيضًا. يتضح هذا من خلال قانون هوك. عندما يتم شد الينابيع فإنها تظهر قوة مساوية ومعاكسة ، وتضغط مرة أخرى في حالة التوازن وتدفعك في الهواء.