Trampolina wydaje się niczym więcej niż zwykłą zabawą, ale w rzeczywistości jest to złożony zestaw najbardziej podstawowych praw fizyki. Skakanie w górę iw dół to klasyczny przykład zachowania energii, od potencjału do kinetyki. Pokazuje również prawa Hooke'a i stałą sprężystości. Ponadto weryfikuje i ilustruje każdą z trzech praw ruchu Newtona.
Energia kinetyczna
Energia kinetyczna powstaje, gdy obiekt o pewnej masie porusza się z określoną prędkością. Innymi słowy, wszystkie poruszające się obiekty mają energię kinetyczną. Wzór na energię kinetyczną jest następujący: KE = (1/2) mv ^ 2, gdzie m jest masą, a v jest prędkością. Kiedy wskakujesz na trampolinę, twoje ciało ma energię kinetyczną, która zmienia się wraz z upływem czasu. Kiedy podskakujesz w górę iw dół, twoja energia kinetyczna zwiększa się i maleje wraz z twoją prędkością. Twoja energia kinetyczna jest największa, tuż przed uderzeniem w trampolinę w drodze w dół i po opuszczeniu powierzchni trampoliny w górę. Twoja energia kinetyczna wynosi 0, kiedy osiągasz wysokość skoku i zaczynasz schodzić, a kiedy jesteś na trampolinie, masz zamiar popychać w górę.
Energia potencjalna
Potencjalne zmiany energii wraz z energią kinetyczną. W każdej chwili twoja całkowita energia równa się twojej potencjalnej energii i twojej energii kinetycznej. Energia potencjalna jest funkcją wysokości, a równanie jest następujące: PE = mgh gdzie m jest masą, g jest stałą grawitacji, a h jest wysokością. Im wyższy jesteś, tym więcej masz potencjalnej energii. Kiedy opuszczasz trampolinę i zaczynasz podróżować w górę, twoja energia kinetyczna zmniejsza się, gdy idziesz wyżej. Innymi słowy, zwalniasz. Kiedy zwolnisz i zyskasz wysokość, twoja energia kinetyczna zostanie przeniesiona do potencjalnej energii. Podobnie, gdy spadasz, twoja wysokość zmniejsza się, co zmniejsza twoją potencjalną energię. Ten spadek energii istnieje, ponieważ twoja energia zmienia się z energii potencjalnej w energię kinetyczną. Transfer energii jest klasycznym przykładem zachowania energii, która stwierdza, że całkowita energia jest stała w czasie.
Prawo Hooke'a
Prawo Hooke'a dotyczy sprężyn i równowagi. Trampolina to w zasadzie sprężysta tarcza połączona z kilkoma sprężynami. Kiedy lądujesz na trampolinie, sprężyny i powierzchnia trampoliny rozciąga się w wyniku siły lądowania na niej ciała. Prawo Hooke'a stwierdza, że sprężyny będą działać, by powrócić do równowagi. Innymi słowy, sprężyny będą się podciągać w stosunku do ciężaru ciała podczas lądowania. Wielkość tej siły jest równa tej, którą wywierasz na trampolinie, kiedy lądujesz. Prawo Hooke'a jest podane w następującym równaniu: F = -kx gdzie F jest siłą, k jest stałą sprężyny, a x jest przemieszcze- niem sprężyny. Prawo Hooke'a jest jedynie inną formą potencjalnej energii. Tak jak trampolina ma zamiar cię rozpędzić, twoja energia kinetyczna wynosi 0, ale twoja potencjalna energia jest zmaksymalizowana, nawet jeśli jesteś na minimalnej wysokości. Jest tak, ponieważ twoja potencjalna energia jest powiązana ze stałą sprężyny i prawem Hooke'a.
Newton's Laws of Motion
Skakanie na trampolinie to doskonały sposób na zilustrowanie wszystkich trzech zasad ruchu Newtona. Pierwsze prawo, które mówi, że obiekt będzie kontynuował swój ruch, o ile nie zostanie użyte przez siłę zewnętrzną, jest zilustrowane faktem, że nie wzbijasz się w niebo, gdy podskakujesz i nie latasz przez dno trampolina, kiedy zejdziesz na dół. Grawitacja i sprężyny trampoliny sprawiają, że podskakujesz. Drugie prawo Newtona pokazuje, jak zmienia się twoja prędkość z podstawowym równaniem F = ma, lub siła jest równa masie pomnożonej przez przyspieszenie. To proste równanie służy do znalezienia równań dla energii kinetycznej, gdzie przyspieszenie jest po prostu grawitacją. Zgodnie z trzecim prawem Newtona, dla każdego działania dochodzi do równej przeciwnej reakcji. Jest to zilustrowane przez prawo Hooke'a. Kiedy sprężyny są rozciągnięte, wykazują równą i przeciwną siłę, ściskając z powrotem do równowagi i napędzając cię w powietrzu.
