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  • 荡秋千的学问|荡秋千

    分类:个人简历100字 时间:2019-06-09 本文已影响

      我妹妹很会荡秋千,我看到她站在秋千上,不用人推,只是往前那么一蹬,然后再往后那么一扯,秋千就越荡越高了。但我有一个疑问:我没有看见任何外力的作用,秋千却荡得越来越“有劲”,这是怎么回事呢?
      ——读者 逸 明
      我特别想说,等你学了高中物理就会明白。不过这样的回答是不是貌似太敷衍了呢?好吧,我尝试做一些尽可能“通俗易懂”的解说。
      现在让我们在脑海中给你妹妹在秋千上的动作来一个“慢镜头回放”,你会发现:当秋千往前摆的时候,她在秋千板上做了一个由下蹲的姿势转向站起来的动作,在秋千摆到最高处时,她完全站了起来;当秋千开始往回摆的时候,妹妹一定是开始弯曲膝盖,逐渐蹲了下来,并在秋千摆回到中点的时候,蹲到最低;其后,秋千开始向后摆,这时妹妹再次站起身来……仔细回想一下,你所说的“往前一蹬,往后一扯”,实际上就是这样一个不断重复“蹲—站”的过程,对不对?
      你现在已经学会用“力”来解释观察到的物体运动,很快你就将接触到另一个概念:能量。举个简单的例子吧。你把一个球往上抛起,你给球施加了力,于是这个运动起来的球就具有了某种能量,使它越飞越高,这种能量叫做“动能”;但这个球越飞越“没劲”,飞到一个高度以后就再也飞不上去了,是能量消失了吗?不,是动能转化成了“势能”,球的位置越高,它的势能也越大,在最高点达到了最大。接下来会发生什么?当然,球掉了下来,而且坠落得越来越“有劲”——没错,你肯定也知道了,这是势能又转化成了动能。
      再回到妹妹荡秋千的场景。运动起来的秋千带着妹妹向高处摆去,这就是一个“动能变势能”的过程,当摆到最高点的那一瞬间,势能最大,而动能为零。现在我们假设妹妹一直蹲在秋千上没做任何动作,那么此时秋千“势能变动能”,开始从这个最高点往回摆,而回摆的幅度,就算没有任何阻力,最多也只能摆动到跟刚才那个最高点一样的高度。
      但是妹妹很聪明,她站了起来!这样一来,“秋千板+妹妹”这个“摆锤”的重心自然比不站的时候高了一点,等于是给原本已经达到“最大”的那个势能又加注了一点额外的势能。当秋千下落(回摆)的时候,就能转化出更多的动能来,更多的动能就能把秋千推得更高……如此循环往复,妹妹就成了“秋千达人”!
      你说你没有看见“外力”的作用,这话其实也没错,不过妹妹会告诉你,荡着秋千飞来飞去除了开心之外,其实也蛮累的——实际上,妹妹的每一次下蹲和站起,都要消耗体力,也就是体内的化学能,这些能量又跑哪里去了呢?想必你现在也应该想到了,它们转化成了秋千“再高一点点”的那一部分额外的势能。

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