يبدو الترامبولين ليس أكثر من مجرد متعة بسيطة ، لكنه في الواقع مجموعة معقدة من القوانين الأساسية في الفيزياء. القفز صعودا وهبوطا هو مثال كلاسيكي للحفاظ على الطاقة ، من المحتمل إلى الحركية. كما يعرض قوانين هوك و ثابت الربيع. وعلاوة على ذلك ، فإنه يتحقق ويوضح كل من قوانين الحركة الثلاثة في نيوتن.
الطاقة الحركية
يتم إنشاء الطاقة الحركية عندما يتحرك جسم به قدر من الكتلة مع سرعة معينة. بعبارة أخرى ، كل الكائنات المتحركة لها طاقة حركية. تكون صيغة الطاقة الحركية كما يلي: KE = (1/2) mv ^ 2 ، حيث m هي الكتلة ، والسرعة v هي السرعة. عندما تقفز على الترامبولين ، يمتلك جسمك طاقة حركية تتغير بمرور الوقت. كلما قفزت لأعلى ولأسفل ، تزداد الطاقة الحركية وتنخفض مع سرعتك. الطاقة الحركية الخاصة بك هي أعظم ، فقط قبل أن تضغط على الترامبولين في الطريق إلى الأسفل وعندما تغادر سطح الترامبولين في الطريق لأعلى. الطاقة الحركية الخاصة بك هي 0 عندما تصل إلى ارتفاع القفزة الخاصة بك وتبدأ في النزول ومتى تكون على الترامبولين ، على وشك الدفع إلى أعلى.
الطاقة الكامنة
تغيرات الطاقة المحتملة مع الطاقة الحركية. في أي وقت ، تساوي الطاقة الإجمالية طاقتك المحتملة بالإضافة إلى الطاقة الحركية. الطاقة المحتملة هي دالة الارتفاع والمعادلة كما يلي: PE = mgh حيث m هي الكتلة ، g هي ثقالة الجاذبية و h الارتفاع. كلما ارتفعت كلما زادت الطاقة الكامنة لديك. عندما تغادر الترامبولين وتبدأ بالسفر إلى أعلى ، تنخفض طاقتك الحركية إلى الأعلى. وبعبارة أخرى ، يمكنك إبطاء. كلما تباطأت واكتسبت ارتفاعًا ، يتم نقل الطاقة الحركية إلى طاقة محتملة. وبالمثل ، كلما انخفضت ، ينخفض ارتفاعك مما يقلل طاقتك المحتملة. هذا الانخفاض في الطاقة موجود لأن طاقتك تتغير من الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية. يعتبر نقل الطاقة مثالًا تقليديًا على الحفاظ على الطاقة ، والذي ينص على أن الطاقة الكلية ثابتة على مدار الوقت.
قانون هوك
قانون هوكي يتعامل مع الينابيع والتوازن. والترامبولين هو أساسا قرص مرن مرتبط لعدة ينابيع. عندما تهبط على الترامبولين ، تمتد الينابيع ومسطح الترامبولين كنتيجة لقوة جسمك تهبط عليه. ينص قانون هوك على أن الينابيع ستعمل للعودة إلى التوازن. بعبارة أخرى ، ستنسحب الينابيع من وزن جسمك أثناء هبوطك. حجم هذه القوة يساوي ما تمارسه على الترامبولين عندما تهبط. يتم ذكر قانون هوكي في المعادلة التالية: F = -kx حيث F هي القوة ، k هو ثابت الربيع و x هو إزاحة الربيع. قانون هوكي هو مجرد شكل آخر من أشكال الطاقة الكامنة. وكما أن الترامبولين على وشك دفعك ، فإن الطاقة الحركية لديك هي 0 ، ولكن الطاقة الكامنة لديك تصل إلى الحد الأقصى ، على الرغم من أنك في أدنى ارتفاع. هذا لأن طاقتك المحتملة مرتبطة بثابت الربيع وقانون هوك.
قوانين نيوتن للحركة
القفز على الترامبولين هو وسيلة ممتازة لتوضيح كل ثلاثة من قوانين نيوتن للحركة. القانون الأول ، الذي ينص على أن جسم ما سيواصل حركته ما لم تتصرف به قوة خارجية ، يتضح من حقيقة أنك لا ترتفع في السماء عندما تقفز وأنك لا تطير في قاع الترامبولين عندما تنزل. الجاذبية والينابيع من الترامبولين تبقيك كذاب. يوضح قانون نيوتن الثاني كيف تتغير سرعتك مع المعادلة الأساسية لـ F = ma ، أو القوة تساوي الكتلة مضروبة في التسارع. يتم استخدام هذه المعادلة البسيطة لإيجاد معادلات الطاقة الحركية ، حيث يكون التسارع هو ببساطة الجاذبية. ينص قانون نيوتن الثالث على أنه لكل فعل يوجد رد فعل معاكس. هذا موضح في قانون هوك. عندما تمدد الينابيع تظهر قوة مساوية ومعاكسة ، ثم تعيد الضغط إلى التوازن وتدفعك في الهواء.
