Een trampoline verschijnt als niets meer dan eenvoudig plezier, maar het is eigenlijk een complexe reeks van de meest elementaire wetten van de natuurkunde. Springen op en neer is een klassiek voorbeeld van het behoud van energie, van potentieel tot kinetisch. Het toont ook de wetten van Hooke en de constante van de lente. Bovendien verifieert en illustreert het elk van de drie bewegingswetten van Newton.
Kinetische energie
Kinetische energie wordt gecreëerd wanneer een object met een bepaalde hoeveelheid massa beweegt met een gegeven snelheid. Met andere woorden, alle bewegende objecten hebben kinetische energie. De formule voor kinetische energie is als volgt: KE = (1/2) mv ^ 2, waarbij m de massa is en v de snelheid is. Als je op een trampoline springt, heeft je lichaam kinetische energie die na verloop van tijd verandert. Terwijl je op en neer springt, neemt je kinetische energie toe en af met je snelheid. Je kinetische energie is het grootst, net voordat je de trampoline op de weg naar beneden slaat en wanneer je de trampolineoppervlak op de weg naar boven verlaat. Je kinetische energie is 0 wanneer je de hoogte van je sprong hebt bereikt en begint af te dalen en wanneer je op de trampoline staat, die op het punt staat naar boven te drijven.
Potentiële energie
Potentiële energie verandert samen met kinetische energie. Op elk moment is je totale energie gelijk aan je potentiële energie plus je kinetische energie. Potentiële energie is een functie van hoogte en de vergelijking is als volgt: PE = mgh waarbij m de massa is, g de zwaartekrachtsconstante is en h de hoogte is. Hoe hoger je bent, hoe meer potentiële energie je hebt. Als je de trampoline verlaat en je naar boven begint te reizen, neemt je kinetische energie af naarmate je hoger gaat. Met andere woorden, u vertraagt. Naarmate je langzamer wordt en meer hoogte krijgt, wordt je kinetische energie omgezet in potentiële energie. Evenzo, terwijl je valt, neemt je lengte af, waardoor je potentiële energie afneemt. Deze energievermindering bestaat omdat je energie van potentiële energie in kinetische energie verandert. De overdracht van energie is een klassiek voorbeeld van het behoud van energie, waarin staat dat de totale energie constant is in de loop van de tijd.
Hooke's wet
De wet van Hooke heeft betrekking op veren en evenwicht. Een trampoline is in feite een elastische schijf die is verbonden met verschillende veren. Als je op de trampoline landt, strekken de veren en het trampoline-oppervlak zich uit als gevolg van de kracht van je lichaam erop. De wet van Hooke stelt dat de veren zullen werken om terug te keren naar het evenwicht. Met andere woorden, de veren trekken zich terug tegen het gewicht van uw lichaam als u landt. De kracht van deze kracht is gelijk aan die je uitoefent op de trampoline als je landt. De wet van Hooke staat in de volgende vergelijking: F = -kx waarbij F kracht is, k de veerconstante is en x de verplaatsing van de veer. De wet van Hooke is slechts een andere vorm van potentiële energie. Net zoals de trampoline je gaat voortstuwen, is je kinetische energie 0 maar je potentiële energie wordt gemaximaliseerd, ook al ben je op een minimale hoogte. Dit komt omdat je potentiële energie gerelateerd is aan de veerconstante en de Wet van Hooke.
Newton's bewegingswetten
Springen op een trampoline is een uitstekende manier om alle drie de bewegingswetten van Newton te illustreren. De eerste wet, die stelt dat een object zijn beweging zal voortzetten tenzij hij wordt beïnvloed door een kracht van buitenaf, wordt geïllustreerd door het feit dat je niet in de lucht zweeft wanneer je opspringt en dat je niet door de bodem vliegt de trampoline als je naar beneden komt. De zwaartekracht en de veren van de trampoline zorgen ervoor dat je blijft schommelen. De tweede wet van Newton illustreert hoe je snelheid verandert met de basisvergelijking van F = ma, of kracht gelijk aan massa vermenigvuldigd met versnelling. Deze eenvoudige vergelijking wordt gebruikt om de vergelijkingen voor kinetische energie te vinden, waarbij versnelling eenvoudigweg de zwaartekracht is. De derde wet van Newton stelt dat er voor elke actie een gelijke tegengestelde reactie is. Dit wordt geïllustreerd door de wet van Hooke. Wanneer de veren worden uitgerekt, vertonen ze een gelijke en tegengestelde kracht, waardoor ze terug in evenwicht worden gebracht en je in de lucht worden voortgestuwd.
