Батут видається не що інше, як проста забава, але насправді це складний масив найосновніших законів фізики. Стрибки вгору і вниз - класичний приклад збереження енергії, від потенціалу до кінетичного. Тут також представлені закони Гука та весна константа. Крім того, він перевіряє та ілюструє кожен із трьох законів руху Ньютона.
Кінетична енергія
Кінетична енергія створюється, коли об’єкт з деякою кількістю маси рухається із заданою швидкістю. Іншими словами, всі рухомі об’єкти мають кінетичну енергію. Формула кінетичної енергії така: KE = (1/2) mv ^ 2, де m - маса, а v - швидкість. Коли ви стрибаєте на батуті, ваше тіло має кінетичну енергію, яка змінюється з часом. Коли ви стрибаєте вгору і вниз, ваша кінетична енергія збільшується і зменшується зі швидкістю. Ваша кінетична енергія є найбільшою, перед тим, як ви потрапляєте на батут під час руху вниз і коли ви залишаєте батутну поверхню на шляху вгору. Ваша кінетична енергія дорівнює 0, коли ви досягаєте висоти свого стрибка і починаєте спускатися, і коли ви знаходитесь на батуті, збираєтесь рухатись вгору.
Потенційна енергія
Потенційна енергія змінюється разом з кінетичною енергією. У будь-який час ваша загальна енергія дорівнює вашій потенційній енергії плюс кінетичній енергії. Потенційна енергія - це функція висоти, а рівняння таке: PE = mgh, де m - маса, g - постійна сили тяжіння, h - висота. Чим вище ви, тим більше потенційної енергії у вас є. Коли ви залишаєте батут і починаєте подорожувати вгору, ваша кінетична енергія зменшується, чим вище ви рухаєтесь. Іншими словами, ви гальмуєте. Коли ви сповільнюєтесь і набираєте висоту, ваша кінетична енергія перетворюється на потенційну енергію. Так само, як ви падаєте, ваш зріст зменшується, що зменшує вашу потенційну енергію. Це зниження енергії існує тому, що ваша енергія перетворюється з потенційної енергії в кінетичну. Передача енергії - це класичний приклад збереження енергії, в якому йдеться про те, що загальна енергія є постійною з часом.
Закон Гука
Закон Гука стосується джерел і рівноваги. Батут - це в основному еластичний диск, який з'єднаний з декількома пружинами. Коли ви приземляєтеся на батут, пружини і поверхня батута розтягуються внаслідок сили вашого приземлення тіла. Закон Гука говорить, що пружини будуть працювати над поверненням до рівноваги. Іншими словами, пружини відтягуватимуться від ваги вашого тіла, коли ви приземляєтесь. Величина цієї сили дорівнює тій, яку ви здійснюєте на батуті, коли ви приземляєтесь. Закон Гука викладено в наступному рівнянні: F = -kx, де F - сила, k - константа пружини і x - зміщення пружини. Закон Гука - це лише інша форма потенційної енергії. Так само, як батут збирається запустити вас, ваша кінетична енергія дорівнює 0, але ваша потенційна енергія максимальна, навіть якщо ви знаходитесь на мінімальній висоті. Це тому, що ваша потенційна енергія пов'язана з постійною пружиною та Законом Гука.
Закони руху Ньютона
Стрибки на батуті - відмінний спосіб проілюструвати всі три закони Ньютона. Перший закон, який говорить про те, що об’єкт буде продовжувати свій рух, якщо діяти не з боку зовнішньої сили, пояснюється тим, що ви не парите в небо, коли стрибаєте вгору і не летите через дно батут, коли ти зійдеш. Гравітація і пружини батута змушують вас підстрибувати. Другий закон Ньютона ілюструє, як ваша швидкість змінюється основним рівнянням F = ma, або сила дорівнює масі, помноженій на прискорення. Це просте рівняння використовується для пошуку рівнянь кінетичної енергії, де прискорення - це просто сила тяжіння. Третій закон Ньютона стверджує, що на кожну дію існує рівнозначна протилежна реакція. Це ілюструє закон Гука. Коли пружини розтягуються, вони виявляють рівну і протилежну силу, здавлюючи назад в рівновагу і висуваючи вас у повітря.
