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【29】科学趣话:一个人可以成功荡秋千吗?

本主题由 大象 于 2020-5-13 09:18 加入精华

【29】科学趣话:一个人可以成功荡秋千吗?

从理论上来说,如果没有外力作用,一个人是不可能荡起秋千的。这不用复杂的证明,宇航员太空出舱就是例子:一根绳子拉着,如果没有其他力作用在他身上,他只能保持原来的状态,任何改变物体运动状态的都是力的作用。


没有着力点,宇航员会荡秋千吗?

牛顿第一运动定律讲的很明白:任何物体都会保持匀速直线运动或静止状态,直到外力迫使它改变运动状态为止。


任何运动状态的改变都是力的作用

所以,从理论上说,一个人不借助任何外力,是不可能在秋千上改变静止状态为振荡状态。

然而这却与常识不符:我们经常看见有人一个人荡秋千,而且可以越荡越高,这是为什么呢?


一个人荡秋千的原因

其中的诀窍其实有科学道理在内面:一个是初始扰动,一个是内能转换,一个是振荡正反馈。

首先,在人坐上秋千的一瞬间,会由于登脚离开地面上秋千,即使小心翼翼,也会造成秋千的微弱扰动,这个扰动是秋千能开始振荡的初始条件。

其次,人不是一个质点,有大小形状体重,他可以在秋千上前后晃动,以自己的体能作为能量输入,借助秋千挂绳与挂钩的摩擦力,达到逐步改变运动状态的目的。

再次,正反馈施力会使振荡幅度越来越大,反之负反馈会消弱运动幅度。所谓正反馈,就是跟着秋千的振荡节奏,秋千往前,就往前使劲。秋千荡后,就往后使劲。而负反馈刚好相反,秋千向前,他反向使劲,破坏了原有振荡频率。这需要细心体会感觉,巧妙的发力,就能轻松慢慢荡起来。不掌握节奏使蛮力,可能只会原地打转,所以也需要一定的技巧的。


振荡器波形示意图

在电路设计方面,振荡器的设计也是如此,同样需要初始扰动,能量转换及正反馈,这里就不展开论述了。科学无处不在。(大象讲堂29)
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