Über die Trampolinphysik
Ein Trampolin scheint nichts weiter als ein einfacher Spaß zu sein, aber es ist eigentlich eine komplexe Anordnung der grundlegendsten Gesetze der Physik. Das Auf und Ab springen ist ein klassisches Beispiel für die Energieerhaltung vom Potenzial zur Kinetik. Es zeigt auch Hookes Gesetze und die Federkonstante. Darüber hinaus überprüft und veranschaulicht es jedes der drei Bewegungsgesetze von Newton.
Nutzen Sie die Gelegenheit, die Physik eines Trampolins kennenzulernen. (Bild: John Lund / Nevada Weir / Mischbilder / Getty Images)Kinetische Energie
Kinetische Energie wird erzeugt, wenn sich ein Objekt mit einer gewissen Masse mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt. Mit anderen Worten haben alle sich bewegenden Objekte kinetische Energie. Die Formel für die kinetische Energie lautet wie folgt: KE = (1/2) mv ^ 2, wobei m Masse ist und v Geschwindigkeit ist. Wenn Sie auf ein Trampolin springen, hat Ihr Körper eine kinetische Energie, die sich mit der Zeit ändert. Wenn Sie auf und ab springen, erhöht sich Ihre kinetische Energie mit der Geschwindigkeit. Ihre kinetische Energie ist am größten, kurz bevor Sie das Trampolin herunterfahren und wenn Sie die Trampolinoberfläche verlassen. Deine kinetische Energie ist 0, wenn du die Höhe deines Sprunges erreichst und zu sinken beginnst und wenn du auf dem Trampolin bist, um sich aufwärts zu bewegen.
Potenzielle Energie
Die potentielle Energie ändert sich zusammen mit der kinetischen Energie. Zu jeder Zeit entspricht Ihre Gesamtenergie Ihrer potentiellen Energie plus Ihrer kinetischen Energie. Die potentielle Energie ist eine Funktion der Höhe und die Gleichung lautet wie folgt: PE = mgh, wobei m Masse ist, g die Schwerkraftkonstante und h die Höhe ist. Je höher du bist, desto mehr potentielle Energie hast du. Wenn Sie das Trampolin verlassen und sich aufwärts bewegen, verringert sich Ihre kinetische Energie, je höher Sie gehen. Mit anderen Worten, Sie verlangsamen sich. Wenn Sie langsamer werden und an Höhe gewinnen, wird Ihre kinetische Energie in potentielle Energie umgewandelt. Wenn Sie fallen, nimmt auch Ihre Höhe ab, wodurch sich Ihre potentielle Energie verringert. Diese Energieabnahme tritt auf, weil sich Ihre Energie von potenzieller Energie in kinetische Energie ändert. Die Energieübertragung ist ein klassisches Beispiel für die Energieerhaltung, die besagt, dass die Gesamtenergie im Zeitverlauf konstant ist.
Hookes Gesetz
Hookes Gesetz befasst sich mit Federn und Gleichgewicht. Ein Trampolin ist im Grunde eine elastische Scheibe, die mit mehreren Federn verbunden ist. Wenn Sie auf dem Trampolin landen, dehnen sich die Federn und die Oberfläche des Trampolins als Ergebnis der Kraft, die Ihr Körper darauf anlegt. Das Hooke-Gesetz besagt, dass die Federn arbeiten werden, um wieder ins Gleichgewicht zu kommen. Mit anderen Worten, die Federn ziehen sich beim Landen gegen das Gewicht Ihres Körpers zurück. Die Stärke dieser Kraft entspricht der Kraft, die Sie bei der Landung auf das Trampolin ausüben. Das Hookesche Gesetz ist in der folgenden Gleichung angegeben: F = -kx wobei F die Kraft ist, k die Federkonstante und x die Verschiebung der Feder ist. Das Hookesche Gesetz ist nur eine andere Form potentieller Energie. In dem Moment, in dem Sie das Trampolin antreiben wird, ist Ihre kinetische Energie 0, aber Ihre potentielle Energie ist maximiert, obwohl Sie sich auf einer minimalen Höhe befinden. Dies liegt daran, dass Ihre potenzielle Energie mit der Federkonstante und dem Hooke'schen Gesetz zusammenhängt.
Newtons Bewegungsgesetze
Das Springen auf einem Trampolin ist eine hervorragende Möglichkeit, alle drei Newtonschen Bewegungsgesetze zu veranschaulichen. Das erste Gesetz, das besagt, dass ein Objekt seine Bewegung fortsetzt, wenn nicht von einer äußeren Kraft angegriffen wird, wird durch die Tatsache veranschaulicht, dass Sie beim Springen nicht in den Himmel steigen und nicht durch den Boden fliegen das Trampolin, wenn du runterkommst. Die Schwerkraft und die Federn des Trampolins lassen dich prallen. Der zweite Satz von Newton zeigt, wie sich Ihre Geschwindigkeit mit der Grundgleichung von F = ma ändert oder die Kraft gleich der Masse multipliziert mit der Beschleunigung ist. Diese einfache Gleichung wird verwendet, um die Gleichungen für kinetische Energie zu finden, wobei Beschleunigung einfach die Schwerkraft ist. Newtons drittes Gesetz besagt, dass für jede Aktion eine entgegengesetzte Reaktion gleich ist. Dies wird durch Hookes Gesetz veranschaulicht. Wenn die Federn gedehnt werden, üben sie eine gleiche und entgegengesetzte Kraft aus, die sich wieder ins Gleichgewicht bringt und Sie in die Luft treibt.
