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                    《我們愛科學》

                    開博時間:2016-11-21 21:28:00

                    《我們愛科學》雜志創刊于1960年,是我國最早創刊的少兒科普期刊,也是唯一一家國家級少兒科普期刊。由共青團中央主管,中國少年兒童新聞出版總社主辦?!段覀儛劭茖W》旨在傳播科學知識,激發創造靈感,啟迪科學智慧,培養科學素質。

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                    蕩著秋千學物理

                    2011-10-25 09:15:43

                    意想不到

                    蕩著秋千學物理

                    木 易

                    那邊有個秋千架,走,我們過去玩一會兒。

                    你會蕩秋千嗎?

                    這還用問?我不僅會蕩,而且能蕩得很高呢。

                    那你知道蕩秋千的科學原理嗎?

                    蕩秋千還能有什么科學原理,無非就是動能與勢能的互相轉化罷了。

                    如果蕩得好秋千會越蕩越高,速度也越來越快,這說明它的總能量增加了,那么這些增加的能量從哪里來?

                    當然來自蕩秋千的人啊。如果蕩得很高,玩一會人就會很累的,這說明蕩秋時人是要消耗能量的。

                    不錯,的確如此??墒?,人消耗的能量又是怎么轉移到秋千上的呢?

                    這個……我說不清楚。你說是怎么回事。

                    這是一個非常復雜的問題。

                     

                    悠悠蕩蕩兩千年

                    蕩秋千是很多人都喜歡的一項運動。無論是在社區、公園還是游樂場,都可以看到大大小小的秋千架,以及在秋千蕩得不亦樂乎的孩子們。

                    秋千的歷史非常悠久。傳說它是我國古代北方少數民族——山戎族創造的,于春秋時期傳入中原地區。它因為簡單易學,深受人們的喜愛,很快就在各地流行起來。最初它的名字叫千秋,到了漢武帝時,因為千秋千秋萬壽這個祝壽詞沖突,所以被改為秋千。漢代以后,秋千逐漸成為清明、端午等節日里必不可少的民間體育活動。

                    開始時秋千只有一根繩子,人用手抓著繩子來蕩,后來慢慢演化成兩根繩加踏板的秋千。到了唐宋時期,秋千成為專供婦女玩耍的游戲,還出現了許多描寫蕩秋千的詩詞。

                     

                    玩出一堆物理題

                    秋千的玩法看上去非常簡單,無非就是蕩來蕩去而已。不過,要是仔細探究的話,你會發現這里面其實暗藏了許多玄機。秋千有3種基本的玩法:

                    第一種,秋千上的人不動,別人把秋千拉到一定的高度然后松手,讓秋千自由擺動。在這種情況下,整個秋千相當于一個單擺。在秋千下降的過程中,它的勢能逐漸轉化為動能,而在秋千上升的過程中,它的動能又逐漸轉化為勢能。就這樣周而復始,直到空氣阻力讓秋千停下來為止。

                    第二種,秋千上的人依然不動,由于別人一下接一下有節奏的推動秋千,從而使秋千越蕩越高。這個過程看起來也很簡單,推秋千的人不斷的給秋千施加推力,秋千的動能不斷增加,所以也就越蕩越高??墒?,實際情況比這要復雜一些,因為推秋千的人并不是胡亂地推,而是既要看準時機,又要掌握好節奏。如果配合得好,推秋千的人不需要付出太大的力氣,就可以讓秋千蕩得很高,這其實是一個簡單的共振現象。

                    第三種,不需要別人推,蕩秋千的人通過自身的運動把秋千蕩起來。很顯然,這種情況無法用前面的原理來解釋。秋千越蕩越高說明它的總能量增加了,可是它又沒有受到外力的作用。那么,這些能量來自哪里呢?

                     

                    秘密都在重心上

                    毫無疑問,秋千所增加的能量只能來自于蕩秋千的人。我們都知道,一個人無論有多大的力氣,都不能把抓著自己的衣服把自己提起來??稍谑幥锴r,人怎么能把自己給“推”起來的呢?

                    下面我們來觀察一下蕩秋千的人是怎樣運動的。首先,他要將秋千拉開一段距離,然后迅速登上秋千,這時秋千就能在小幅度內自由振蕩,動能、勢能不斷轉化。接下來,他會隨著秋千的升降做起立和下蹲的動作。當秋千處在最高點時,他是直立在秋千上的。隨著秋千的下降,他會迅速向下蹲,當秋千到達最低點時,他已經完全是蹲下的狀態。當秋千開始上升時,他又慢慢地站立起來,并在秋千到達最高點時恢復直立。這樣周而復始,蕩秋千的人會把秋千蕩的越來越高,甚至會蕩到水平狀態。坐在秋千踏板上,靠擺動雙腿也能蕩起來。

                    在這個過程中,能量是如何轉移的呢?如果想進行精確的描述,那么這個問題的答案是比較復雜的。簡單的說,秘密全在重心上。在人從蹲下到站直的過程中,重心升高了,人要消耗能量;與此相反,在人從站直到蹲下的過程中,重心降低了,剛才人在起立時所消耗能量就要釋放出來,這份能量會轉移到秋千上,使秋千的擺動速度加快。這樣循環往復,秋千的總能量越積越多,秋千也就越蕩越高了。

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