荡秋千中的秘密
荡秋千中的秘密
荡秋千是一项老少皆宜的活动,而荡秋千在我国也有着很悠久的历史,秋千大约在战国时代就有了,唐朝诗人王建就在《秋千词》描写了少女子比赛荡秋千的情景:“少年儿女重秋千,盘巾结带分两边。身轻裙薄易生力,双手向空如鸟翼。”经过观察荡秋千大致可分为三种情况。
第一种情况是一个人把秋千拉到一定程度,之后松手,让秋千像摆钟一样自由摆动。第二种情况是秋千最开始时在最底部是静止的,然后由一个同学推动秋千,同时有一定节奏,从而使秋千不停地升高。而第三种情况是没有人推秋千,坐在秋千上的人当秋千在最高处时,人的腿是伸直的,而当秋千在最底处运动时,人会迅速的向下蹲, 到达底部, 人已经处在蹲的状态, 秋千继续运动, 人又会慢慢的站立起来, 到达最高处, 人已经是直立在秋千上了。如此周而复始, 荡秋千的人会把秋千荡的越来越高, 甚至会荡到水平状态。
可是你知道荡秋千的这几种方法都是运用怎样的原理运动的吗?
当第一种情况时,秋千在最高处,重力势能最大,动能为零,下降过程中, 重力势能逐渐减少,动能逐渐增大,到达底部时重力势能为零,动能最大,接下来,秋千速度逐渐减少,动能逐渐减少,重力势能逐渐增大,到达顶部,重力势能最大,动能为零。如此周而复始重复上述过程,重力势能与动能相互转化,才使得秋千可以运动。而第二种情况时,推秋千的人给秋千施力的过程,就是秋千加速的过程,也就是秋千动能增加的过程。重复性的推动秋千,就是秋千的动能不断增加的过程,而秋千在离开推秋千以后又把增加的动能转化为重力势能,整个秋千系统重力势能不断增加,其高度也越来越高。
对于前两种情况,我们可以把秋千看做是一个单摆,我们在起摆的时候给它能量:在最低点给它一初始速度。于是秋千就会像单摆一样,在空气阻力和摩擦力的作用下做衰减振动,最终我们原来施与的初始能量会在阻力的作用下逐渐耗尽,然后秋千就会停止摆动。
而对于第三种情况,能量是如何转移的呢?简单地说,秘密全在重心上。在蹲下到升高的过程中,重心升高了,就化为了势能。在升高到蹲下的过程中,重心降低了,储存的势能就要释放出来,这份能量转移到了秋千上,使秋千的摆动加快。这样循环往复,秋千的总能量越积越多,秋千也就越荡越高了。
看似简单的荡秋千中竟然蕴含着那么深奥的科学原理,在我们的生活中处处蕴含着科学,让我们一起在生活中学习。