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荡秋千历史悠久,地域广阔。其技术要领是,双手抓紧悬索,双脚站稳踏板;在高处屈膝下蹲,在低处挺身直立,即可越荡越高。
(1) 人在低处站起要克服重力和离心力做功,使系统的重力势能和动能增加;
(2) 低处站直引起的动能增加也就是速度增加,可从系统力矩为零而动量矩守恒来理解:旋转半径减小,速度增加;
(3) 高处蹲下时因身体倾斜重力势能降低较少;在最高处速度为零,也就没有动能损失;
(4) 利用低处站起、高处蹲下,使系统能量逐步增加,秋千就能越荡越高。
将秋千逐步荡高仅归结于势能的净输入不够全面;而人体姿态转换时手脚没有位移,称内力做功使系统能量增加似乎也不合适。就讨论的单质点振动系统而言,摆长变化也是缘于系统之外的能量输入。
荡起角度达到 60o时,最低点处离心力已与重力相等,其后从蹲姿转换为站姿也就越来越困难。另一方面,起荡初期高度增加较慢,努力增大起荡角对提高比赛成绩较为关键。
具体分析参见:
尤明庆. 关于荡秋千力学原理的一个注记. 力学与实践,2010, 32(3):136
笔者有一个疑问请大家指教:
在高处下蹲时,重力势能的损失能否部分转化为下降的动能?
参考文献
1 武际可.从荡秋千说开去——漫话共振.力学与实践,2003,25(2):75~78
2 刘延柱.再谈荡秋千——兼谈自激振动.力学与实践,2007,29(3):92~93
3 吴军.荡秋千中的物理学.物理教师,2006,27(7):51
4 贺承绪等.关于荡秋千的能量分析.物理与工程,2005,15(1):25~26
2008年10月11日第13届北京朝鲜族运动会在中央民族大学进行。77岁朝鲜族老人李凤子参加荡秋千比赛。
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