Een trampoline lijkt niet meer dan eenvoudig plezier, maar het is eigenlijk een complexe reeks van de meest elementaire natuurwetten. Op en neer springen is een klassiek voorbeeld van het behoud van energie, van potentieel tot kinetisch. Het toont ook de wetten van Hooke en de veerconstante. 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 massa is, en v snelheid is. Wanneer je op een trampoline springt, heeft je lichaam kinetische energie die met de 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 raakt op weg naar beneden en wanneer je de trampoline op weg naar boven verlaat. Je kinetische energie is 0 wanneer je de hoogte van je sprong bereikt en begint te dalen en wanneer je op de trampoline staat, op het punt om omhoog te stuwen.
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 massa is, g de zwaartekrachtconstante is en h hoogte is. Hoe hoger je bent, hoe meer potentiële energie je hebt. Als je de trampoline verlaat en je begint omhoog te reizen, neemt je kinetische energie af naarmate je hoger komt. Met andere woorden, je vertraagt. Terwijl je vertraagt en hoogte bereikt, wordt je kinetische energie omgezet in potentiële energie. Evenzo, als je valt, neemt je lengte af waardoor je potentiële energie afneemt. Deze energiedaling bestaat omdat je energie verandert van potentiële energie in kinetische energie. De overdracht van energie is een klassiek voorbeeld van het behoud van energie, waarin staat dat de totale energie constant is in de tijd.
Hooke's wet
De wet van Hooke gaat over veren en evenwicht. Een trampoline is in feite een elastische schijf die is verbonden met verschillende veren. Terwijl je op de trampoline landt, rekken de veren en het trampoline-oppervlak uit als gevolg van de kracht van je lichaam dat erop landt. De wet van Hooke stelt dat de veren zullen werken om naar evenwicht terug te keren. Met andere woorden, de veren trekken zich terug tegen het gewicht van je lichaam terwijl je landt. De kracht van deze kracht is gelijk aan die welke u op de trampoline uitoefent wanneer u landt. De wet van Hooke wordt in de volgende vergelijking gesteld: F = -kx waarbij F kracht is, k de veerconstante is en x de verplaatsing van de veer is. De wet van Hooke is slechts een andere vorm van potentiële energie. Net zoals de trampoline op het punt staat je op te stuwen, is je kinetische energie 0, maar je potentiële energie is gemaximaliseerd, hoewel je op een minimale hoogte bent. 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 bepaalt dat een object zijn beweging zal voortzetten tenzij opgevolgd door een externe kracht, wordt geïllustreerd door het feit dat je niet de lucht in vliegt als je omhoog springt en dat je niet door de bodem van de trampoline als je naar beneden komt. Zwaartekracht en de veren van de trampoline houden je op en neer. De tweede wet van Newton illustreert hoe uw snelheid verandert met de basisvergelijking van F = ma, of kracht is gelijk aan massa vermenigvuldigd met versnelling. Deze eenvoudige vergelijking wordt gebruikt om de vergelijkingen voor kinetische energie te vinden, waarbij versnelling gewoon zwaartekracht is. Volgens de derde wet van Newton is er voor elke actie een gelijke en tegengestelde reactie. Dit wordt geïllustreerd door de wet van Hooke. Wanneer de veren worden uitgerekt, vertonen ze een gelijke en tegengestelde kracht, drukken ze terug in evenwicht en stuwen je omhoog in de lucht.
