物理学原理教你荡秋千

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物理学原理教你荡秋千

荡秋千在我国有悠久的历史。古时候,每逢寒食节(清明节前一天),皇宫里便竖起了高高的秋千架。嫔妃宫娥争着去玩荡秋千,丝衣花带随风飘荡。唐朝的唐玄宗皇帝曾经把荡秋千叫做“半仙戏”。确实这样,当秋千把你越送越高的时候,风在耳边鸣响,大地在脚下摇晃,真是有点飘然欲仙的感觉呢。

不会荡秋千的小朋友,在秋千上直挺挺地站着,全靠妈妈、爸爸来推,推一下,秋千荡一荡,不推了就越荡越低,最后停了下来。这是由于存在着摩擦。要让秋千越荡越高,就要不断给它输入能量。

会荡秋千的人,荡到高处时会突然下蹲使身体的重心下降加速秋千的下落;在摆到最低点时,你的身体又开始慢慢站立,同时两手用力地向外推荡绳,使荡绳弯曲,向下摆时荡绳变直。这些动作都会消耗人体的能量。荡到最低处时,人站起来重心升高,提高了重力势能(在秋千上站要比地面上多费一些力气,也就是说多付出一些能量),荡秋千的人在最高处突然下蹲,使一部分重力势能变为动能加快秋千的摆动。正是这些能量使秋千越荡越高。

下面的小实验可以帮助你从摆动的角度分析荡秋千:用一根线绳拴住一个大螺母,做成一个摆。摆长应超过一米,越长越好做。

摆线的一端不要固定,而是穿过一个固定在椅背上的圆环。线端抓在你的手中,让这个摆像一个秋千一样摆动起来。如果抓住绳端不动,过一会儿摆就会停下来。但是适当有规律地拉动绳端,可以让摆越摆越高。

经过几次失败以后,你会总结出一个规律:螺母摆到最低点的时候,要突然把手中的线头向下拉使摆线由长变短,摆到高处的时候,手中的线头要突然放松使摆线长度变大。只要配合得好,摆就会越摆越高。

从摆动的规律看,秋千是一个摆,摆长长,周期大,摆得慢;摆长短,摆动周期变小,摆动加快。秋千的摆长可以近似地从悬点到人体的重心计算,人在秋千板上站立时,重心高,摆长短;蹲下,重心低,摆长变长。在最低点,人突然站立使摆长突然减小,摆动加快。在从低处向高处荡过去时,人用手向外用力推荡绳,使它们向外弯曲,这个动作的效果也是使摆长变短,使秋千越荡越高。