يبدو الترامبولين لا أكثر من مجرد متعة بسيطة، ولكنه في الواقع مجموعة معقدة من القوانين الأساسية للفيزياء. القفز صعودا وهبوطا هو مثال كلاسيكي للحفاظ على الطاقة، من إمكانات إلى الحركية. كما أنه يعرض قوانين هوك وثابت الربيع. وعلاوة على ذلك، فإنه يتحقق ويوضح كل من قوانين نيوتن الثلاثة للحركة.
فيديو اليوم
الطاقة الحركية
يتم إنشاء الطاقة الحركية عندما يتحرك جسم مع كمية معينة من الكتلة بسرعة معينة. وبعبارة أخرى، فإن جميع الأجسام المتحركة لها طاقة حركية. صيغة الطاقة الحركية هي كما يلي: كي = (1/2) مف ^ 2، حيث m هو كتلة، و v هو السرعة. عند القفز على الترامبولين، جسمك لديه الطاقة الحركية التي تتغير مع مرور الوقت. كما تقفز صعودا وهبوطا، الطاقة الحركية الخاصة بك يزيد وينخفض مع سرعة الخاص بك. الطاقة الحركية الخاصة بك هو أعظم، فقط قبل أن تصل الترامبولين على الطريق إلى أسفل وعند مغادرة سطح الترامبولين على الطريق حتى. الطاقة الحركية الخاص بك هو 0 عند الوصول إلى ارتفاع القفز الخاص بك والبدء في النزول وعندما تكون على الترامبولين، على وشك دفع صعودا.
الطاقة المحتملة
التغيرات المحتملة في الطاقة جنبا إلى جنب مع الطاقة الحركية. في أي وقت، مجموع الطاقة الخاصة بك يساوي الطاقة المحتملة الخاصة بك بالإضافة إلى الطاقة الحركية الخاصة بك. الطاقة المحتملة هي دالة للارتفاع والمعادلة هي كما يلي: بي = مغ حيث m الكتلة، g هو ثابت الجاذبية و h هو الارتفاع. وكلما كنت أكثر الطاقة المحتملة لديك. كما يمكنك ترك الترامبولين وتبدأ السفر إلى أعلى، الطاقة الحركية الخاصة بك يقلل من أعلى حتى تذهب. وبعبارة أخرى، كنت تبطئ. كما كنت تبطئ وكسب ارتفاع يتم نقل الطاقة الحركية الخاصة بك إلى طاقة محتملة. وبالمثل، كما كنت تقع، يقلل طولك الذي يقلل من الطاقة المحتملة. هذا الانخفاض في الطاقة موجود لأن طاقتك تتغير من الطاقة المحتملة إلى طاقة حركية. ويعتبر نقل الطاقة مثالا تقليديا على الحفاظ على الطاقة، وهو ما يشير إلى أن الطاقة الإجمالية ثابتة على مر الزمن.
قانون هوك
قانون هوك يتعامل مع الينابيع والتوازن. الترامبولين هو في الأساس قرص مرن متصل بعدة ينابيع. كما كنت تهبط على الترامبولين الينابيع والسطح الترامبولين تمتد نتيجة لقوة هبوط الجسم على ذلك. ينص قانون هوك على أن الينابيع ستعمل على العودة إلى التوازن. وبعبارة أخرى، فإن الينابيع تسحب ضد وزن جسمك كما كنت الأرض. حجم هذه القوة يساوي تلك التي كنت تمارس على الترامبولين عند الهبوط. ويذكر قانون هوك في المعادلة التالية: F = -kx حيث F هو القوة، k هو ثابت الربيع و x هو نزوح الربيع.قانون هوك هو مجرد شكل آخر من الطاقة المحتملة. تماما كما الترامبولين على وشك دفع لكم، الطاقة الحركية الخاصة بك هو 0 ولكن الطاقة الخاصة بك هو أقصى قدر، على الرغم من أنك في الحد الأدنى من الارتفاع. ويرجع ذلك إلى أن الطاقة المحتملة الخاصة بك ترتبط ثابت الربيع وقانون هوك.
قوانين نيوتن للحركة
القفز على الترامبولين هو وسيلة ممتازة لتوضيح كل ثلاثة من قوانين نيوتن للحركة. القانون الأول الذي ينص على أن الكائن سوف يستمر في اقتراحه ما لم تتصرف من قبل قوة خارجية، يتضح من حقيقة أنك لا ترتفع في السماء عندما تقفز وأنك لا تطير من خلال الجزء السفلي من الترامبولين عند النزول. الجاذبية والينابيع من الترامبولين تبقي لكم كذاب. يوضح القانون الثاني نيوتن كيف تتغير سرعة الخاص بك مع المعادلة الأساسية من F = ما، أو قوة يساوي كتلة مضروبة في التسارع. وتستخدم هذه المعادلة البسيطة للعثور على معادلات الطاقة الحركية، حيث التسارع هو ببساطة الجاذبية. ينص قانون نيوتن الثالث على أن كل رد فعل معاكس متساو. ويوضح ذلك قانون هوك. عندما تمدد الينابيع فإنها تظهر قوة متساوية ومعاكسة، والضغط مرة أخرى إلى التوازن ودفع لكم في الهواء.
