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秋千是一种运动器具,或者是游戏用具,我们在公园、学校、或者社区都能看到。小朋友坐在座椅上,由他人推动或自己的脚用力,人随座椅来回摆动。
秋千的起源
说起秋千可以追溯到几十万年前的上古时代。
那是我们的祖先为了谋生,需要上树采摘野果或猎取野兽。在攀援和奔跑中,他们抓住粗壮的蔓生植物。依靠藤条的摇荡摆动,上树或跨越沟涧,这应该是秋千的原始雏形。
春秋时期,我国北方有了将绳索悬挂于木架下,下面装上踏板的秋千。如今公园,社区处处可见秋千,认真观察秋千会发现,一般来说秋千的支架两边都是由三角形构成的。
那么,为什么秋千的支架都是三角形的呢?
用长条和螺丝分别制作出三角形和四边形,用手推动一个角。会发现有什么变化吗?
实验证明三角形结构和稳定,不会形变而四边形结构在一定力量的挤压下会发生形变。根据三角形和四边形的特性,想一想生活中哪些地方应用到了三角形和四边形呢?
金字塔、房子、吊车等需要稳定的结构中都用到了三角形,而在拉伸门等需要变形的结构中,则用到了四边形。
制作
秋千通常有框架和底座组成,我们也按照这样的组成来自坐秋千。
1.制作秋千的框架。这需要两个稳定的三角形结构。
秋千的底座
完成整个秋千利用一个圆轴将座椅装在支架上。
用瓦力工厂小颗粒教具完成的秋千图片
稳定性分析
每个物体都是由简单的图形构成的,也就是说物体的每个面都是由圆、三角形,四边形和多边形构成的。
三角形有着稳固、耐压的特点,三角形框架,起重机,三角形吊臂,屋顶,钢架桥中都有三角形的身影。
三角形稳定性分析:任取三角形两条边在两条边角度不变的情况下,在两条边的非公共端点连接第三条边。
因为第三条边不可伸缩和只弯折,所以两端点距离固定,按照相同的方式任取两条边都符合上述情况。所以三角形固定具有稳定性。
一个结构是否稳定,除了考虑结构外,还要考虑放置的位置和物体的重心。总体来说,要符合一下原则
1.与地面接触面积越大,物体越稳。
2.重心越低,物体越稳。
3.通过重心做竖直向下的直线与地面的交点,如果在接触面上,则物体较稳,如果在接触面外物体不稳.
能量转化
一切物质都具有能量,能量由以多种不同的形式存在。按照物质的不同运动形式分类,能量可分为机械能,化学能,热能,电能,辐射能,核能,光能,潮汐能等。这些不同形式的能量之间可以通过物理效应和化学反应而相互转化。
秋千中涉及的能量转化是动能和势能之间的转化。动能是物体在运动时具有的能。
势能包括重力势能和弹性势能,重力势能是物体由于被举高而产生的能量,弹性势能是物体由于弹性形变而产生的能量。机械能是动能和势能的总和,两者之间的转化关系当物体下落时,高度越小,那么它的重力势能就越来越小,但是物体的速度会越来越快,动能也就越来越大,如果不考虑空气阻力的话,机械能是不变的重力势能减小的部分就变成了动能。在荡秋千时,从最低点到最高点的过程中,速度越来越小,而高度越来越大,这时动能转化为重力势能当达到最高点时速度为零,动能为零,全部能量转化为重力势能从最高点下降到最低点的过程中,速度越来越大,而高度越来越小,这时重力势能转化为动能。到达最低点时速度最大,动能最大,重力势能最小。
能量守恒,能量不会凭空消失,也不会凭空产生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总和保持不变。
能量守恒:能量不会凭空消失,也不会凭空产生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总和保持不变。
单摆
玩秋千的时候我们可能会发现秋千摆动的幅度越来越小,但摆动一周的时间却没有跟着变短。时间始终是差不多的,这是为什么呢?因为秋千是一个近似的单摆运动(单摆是摆动角度小于100的小幅摆动)。单摆运动的周期T和摆动的幅度以及小朋友的重量无关,而与单摆的长度L(秋千绳索的长度)和重力加速度有关(如果只在地球上进行单摆运动的话,可以认为系也是一个常量)
单摆周期公式:
现在人们公认是伽利略发现了单摆的等时性原理,伽利略在比萨教堂里注意到一盏悬灯的摆动,随后用线悬铜球做模拟实验,验证了微小百度的灯时星以及摆长对周期的影响,因此创造出脉搏计用来测量短时间间隔。
尽管在伽利略之前的好几个世纪等时性早已经为阿拉伯人所熟知,但以科学的态度去研究这一现象的科学家还是首推伽利略。虽然伽利略在1602年注意到了单摆运动,当时他误认为单摆在大摆动条件下也成立。而最早系统地研究单摆的是惠更斯,并且开始用无穷小的机和方法推导出了钟摆的周期公式。