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一个人就能荡秋千,越荡越高,是什么物理原理?

作者:五金加工
文章来源:本站

  你有这样的体验吗?如果没有,那我就要判断:问题有问题。

  为什么这样说呢?因为,该问题违背了能量守恒定律。越荡越高,就是势能或者动能越来越大,机械能越来越多,这增加的机械能是从哪里获得的呢?没有其它形式的能转化而来,机械能不可能增加。

  除非有以下几种可能。

  第一,你的脚不断地蹬地面,这样,地面的支持力不断地对你做功。

  第二,有另外一个人不断用推力对你做功。因为只有你一个人,这种情况不存在。

  第三,在你的前面有柱子,每次荡回来后,脚蹬柱子,柱子的弹力不断地对你做功。

  第四,风能实时给你补充能量。

  如果不是以上情况,那就是不断地消耗电能或者其它形式的能。

  荡秋千是人们很喜爱的一项娱乐活动,当然一个人荡秋千时,有人荡着荡着就逐渐停下来了,而有些人又能越荡越高,这是为什么呢?

  1、如果人站在秋千上不动,荡秋千的运动类似于单摆的运动。

  如果考虑空气阻力等阻力的影响,阻力一直在负功,整个过程机械能不再守恒,幅度会逐渐减小,直到最后停下来。

  2、如果要让秋千越荡越高,说明机械能是不守恒的而且是不断的增加。

  荡秋千时应在秋千运动到最低点时迅速站起,然后慢慢下蹲,当秋千荡到最高点时,再猛然站起,过了最高点后再慢慢下蹲,到了最低点时再猛地站起,以后重复上面的动作,即秋千越荡越高。

  荡秋千真的是一项浪漫又有趣的活动。秋千越荡越高可以分为以下两种情况:

  1.浪漫地荡秋千。这种时候就需要有一个人在旁边推,通过施加外力来使秋千越荡越高,这里用到的就是共振的原理。也就是外力的频率和秋千本身摆动的频率相同时,达到共振条件,秋千就可以越荡越高了。这一点其实可以很直观地来理解,当秋千荡到最高点时顺着秋千继续摆动的方向施加一个外力,就能将秋千推得更高,但是如果在秋千正朝着你运动的时候你给秋千施加了一个反向的力,自然会对秋千的运动产生一个阻碍作用而使秋千的高度减小。秋千本身的频率是一定的,所以只要外力作用的频率和秋千的频率相同时,所有的能量就会集中到秋千上,使秋千越荡越高。

  2.有趣地荡秋千。这种时候没有人在旁边推秋千,就只能自力更生丰衣足食。如果我们只是站在或坐在秋千上保持不动,那么人和秋千构成的系统就类似一个单摆,会在各种阻力的情况下慢慢停下来。但其实一个人想要荡得很高也很简单,首先给秋千一个初始高度,然后在秋千下降时蹲下,秋千上升时站起来,通过重心的改变来使秋千荡得更高。如下图所示,这里将人简化为一个质点,过程简化为在最低点站起来,在最高点蹲下。

  当人蹲着从A运动到B时,重心下降,在B点站起来后重心抬升到C,抬升高度为,然后继续运动到D点,根据能量守恒,AB间的高度差应该和CD间的高度差相同,那么在重心抬升的情况下保持同样的高度差,对应的角度就要变大,使得D点高于A点。从角动量的角度来看,由于在最低点重心抬升,离转动中心点的距离缩小,重力产生的力矩减小,根据角动量守恒,会大于,也能得到D点高于A点的结论。

  但这只是一个回合中的高度变化,要使得在整个过程中越荡越高,没有第二个人来推,就需要我们自己提供能量了。在荡秋千的过程中我们站起来,来抬升身体重心,体内化学能消耗做功,不断转化为系统的机械能,一部分用于补充由于摩擦等其他因素造成的能量损耗,另一部分就是让你越荡越高了。

  所以只要掌握好重心改变的周期就能让秋千越荡越高了(当然如果你是坐着的话就要通过蹬腿收腿来荡秋千了)。

  你看它一只狗荡得多开心啊

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