Batutas atrodo kaip ne tik paprastas linksmumas, bet iš tikrųjų tai yra sudėtingas elementariausių fizikos dėsnių rinkinys. Šokimas aukštyn ir žemyn yra klasikinis energijos taupymo pavyzdys - nuo potencialo iki kinetinio. Čia taip pat parodomi Huko įstatymai ir pavasario konstanta. Be to, jis patikrina ir iliustruoja visus tris Niutono judėjimo dėsnius.
Kinetinė energija
Kinetinė energija sukuriama, kai objektas, turintis tam tikrą masės kiekį, juda nurodytu greičiu. Kitaip tariant, visi judantys objektai turi kinetinę energiją. Kinetinės energijos formulė yra tokia: KE = (1/2) mv ^ 2, kur m yra masė, o v yra greitis. Kai šokinėjate ant batuto, jūsų kūnas turi kinetinę energiją, kuri laikui bėgant keičiasi. Jums šokinėjant aukštyn ir žemyn, jūsų kinetinė energija didėja ir mažėja kartu su greičiu. Jūsų kinetinė energija yra didžiausia, prieš pat atsitrenkiant į batutą žemyn ir išlipant iš batuto paviršiaus. Jūsų kinetinė energija yra 0, kai pasiekiate šuolio aukštį ir pradedate nusileisti, o kai esate ant batuto, einantį aukštyn.
Potencinė energija
Potenciali energija keičiasi kartu su kinetine energija. Bet kuriuo metu visa jūsų energija yra lygi jūsų potencialiai energijai ir jūsų kinetinei energijai. Potenciali energija yra aukščio funkcija, o lygtis yra tokia: PE = mgh, kur m yra masė, g yra gravitacijos konstanta, o h yra aukštis. Kuo aukštesnis esate, tuo daugiau potencialios energijos turite. Kai išeinate iš batuto ir pradedate keliauti aukštyn, jūsų kinetinė energija mažėja, tuo aukščiau einate. Kitaip tariant, sulėtėja. Lėtėjant ir augant jūsų kinetinė energija virsta potencialia energija. Taip pat krintant mažėja ir jūsų ūgis, kuris mažina jūsų potencialią energiją. Šis energijos sumažėjimas egzistuoja todėl, kad jūsų energija keičiasi iš potencialios energijos į kinetinę energiją. Energijos perdavimas yra klasikinis energijos taupymo pavyzdys, kuriame teigiama, kad visa energija laikui bėgant yra pastovi.
Hoko įstatymas
Hoko įstatyme kalbama apie spyruokles ir pusiausvyrą. Batutas iš esmės yra elastingas diskas, sujungtas su keliomis spyruoklėmis. Kai nusileidžiate ant batuto, dėl jūsų kūno jėgos nusileidus ant jo spyruoklės ir batuto paviršius ištempia. Hoko įstatyme teigiama, kad spyruoklės veiks, kad grįžtų į pusiausvyrą. Kitaip tariant, spyruoklės atsitrauks prieš kūno svorį, kai nusileisite. Šios jėgos dydis yra lygus tam, kurį jūs patiriate ant batuto nusileisdami. Hoko dėsnis pateiktas šioje lygtyje: F = -kx, kur F yra jėga, k yra spyruoklės konstanta ir x yra spyruoklės poslinkis. Hoko įstatymas yra tik dar viena potencialios energijos forma. Lygiai taip pat, kaip batutas jus stumia, jūsų kinetinė energija yra 0, tačiau jūsų potenciali energija yra maksimali, net jei esate mažiausiame aukštyje. Taip yra todėl, kad jūsų potenciali energija yra susijusi su pavasario konstanta ir Hoko įstatymu.
Niutono judėjimo įstatymai
Šokimas ant batuto yra puikus būdas iliustruoti visus tris Niutono judesio įstatymus. Pirmasis įstatymas, kuriame teigiama, kad objektas tęs savo judesį, nebent veiktų išorinė jėga, iliustruojamas tuo, kad šokinėdami į dangų jūs nepakylate į dangų ir neskraidote per dugną. batutas nusileidus. Sunkumas ir batuto spyruoklės priverčia jus šoktelėti. Antrasis Niutono dėsnis parodo, kaip keičiasi jūsų greitis su pagrindine lygtimi F = ma, arba jėga lygi masei, padaugintai iš pagreičio. Ši paprasta lygtis naudojama norint rasti kinetinės energijos lygtis, kur pagreitis yra tiesiog gravitacija. Trečiasis Niutono dėsnis teigia, kad kiekvienam veiksmui lygi priešinga reakcija. Tai iliustruoja Hooke'io dėsnis. Kai spyruoklės yra ištemptos, jos veikia vienodą ir priešingą jėgą, susispaudžiant į pusiausvyrą ir išstumdamos jus į orą.
