蕩秋千的功能問題(物理論文)

1、蕩秋千的功能問題 導讀本文提出不同的看法，并從力學原理、能量轉換的角度全面分析了秋千越蕩越高的原因?！菊?要】有的文獻認為秋千越蕩越高是由于秋千踏板對人腳的作用力做功而使系統(tǒng)有能量輸入，本文提出不同的看法，并從力學原理、能量轉換的角度全面分析了秋千越蕩越高的原因。【關鍵詞】秋千 動量矩 機械能 功很多人都喜歡玩秋千，會玩的人可以不需要靠別人的幫助，自己蹬上秋千踏板，使秋千有一個小擺動，然后通過有規(guī)律的下蹲與起立，使秋千越蕩越高，秋千擺蕩的角度可達到86º 左右。為什么秋千可以越蕩越高呢？這是一個令人感興趣的問題。文獻人身體的重心在秋千擺動的過程中，沿繩子的方向往復運動，這種運動可以看

2、成是人的腳與秋千踏板之間的作用力與反作用力引起。由于秋千踏板在繩子的方向上沒有位移，人的腳對秋千踏板的作用力也沿繩子的方向，故這個力也不做功，秋千踏板對人腳的作用力，引起了人的身體在繩的方向往復運動，即人體質心在該方向往復運動，與地面間高度不斷變化，所以這個力要做功。 上述文獻是用力與物體質心位移來討論外力的“功”，而這個“功”只能稱為贗功。實際上，秋千踏板對人腳的作用力是作用于人腳上，當人從踏板上站起或蹲下時，該力的作用點并沒有位移，因此這個力并沒有做功。針對這一問題，下面對蕩秋千的全過程進行詳盡的分析。一，秋千擺角增大的原因蕩秋千時，首先人的雙手握住秋千繩，蹬上踏板，使秋千有一個微小的擺動

3、。接著在秋千每次蕩到最高點時人迅速蹲下，在每次蕩到最低點時迅速站起（如圖1 所示）。依此循環(huán)往復，秋千擺幅越來越大，秋千便越蕩越高了。下面我們來分析秋千擺角增大的原因。人蕩秋千的過程，可以歸結為質心在擺動過程中的起落。如圖2 所示，秋千擺到最右端時，人蹲下，質心為A，此時擺長為l；擺到最低點B 時，人突然站立，質心為C，此時擺長為l。設初始的擺角為，后來的為。秋千從最右端的A 點擺到中間的最低點B 的過程中，如果忽略各種阻力，由秋千、人和地球所組成的系統(tǒng)機械能是守恒的。設人的質量（包括秋千座）三、正確理解非保守內力做功的意義非保守內力做功的機制很復雜，但是其效果非常明顯。下面再舉兩個例子，如：人向上跳，人在蹬地的同時，地面給人的反作用力使人產生向上的加速度。但這個力并不做功，因為這個力作用在人的鞋底上，當人的鞋底沒有離開地面時，該力的作用點沒有位移，而人的鞋底一旦離開地面，這個力就消失了，人向上跳所增加的機械能，是人體變形時非保守內力做功的結果。又如：汽車加速行駛時，依賴于驅動輪與地面之間的靜摩擦力，而此時靜摩擦力并不做功，其動能增加源于發(fā)動機中燃料燃燒，氣體膨脹，推動活塞，非保守內力做功，把化學能轉化為機械能。由此可見，非保守內力可以做功而