Качели, физика Опции Рейтинг

[nik_vic]

Среди многих задачек по физике тьма таких, которые "не проходят" в формате ММ. Никакой тайны - приветствуются и ответы, и рассуждения.

Например, простой вопрос - как раскачиваются качели? Как-то увидел ответ на этот вопрос дипломированного физика и встрял в беседу...

Для определённости - детские, две штанги и доска-сиденье. Изучал вопрос с младшим внуком, когда ходил с ним на детскую площадку

[UNDEFEAT]

А в чём вопрос-то..?

[nik_vic]

Как раскачиваются качели?

А в чём вопрос-то..?

Гм...

Ладно, например, представьте себя консультантом при проектировании игрушки-робота. Его сажают на качельки, а он должен раскачаться на них, имитируя движения ребёнка.

[UNDEFEAT]

Ладно, например, представьте себя консультантом при проектировании игрушки-робота. Его сажают на качельки, а он должен раскачаться на них, имитируя движения ребёнка.

Это очень сложный вопрос.
А вообще мне кажется вся не банальность кроется в законе сохранения импульса, который якобы (возможно я ошибаюсь, и при создании темы вы имели ввиду не это) запрещает увеличение амплитуды колебаний. Но у нас же не замкнутая система: силы трения, реакции...

[0]

Это очень сложный вопрос.
А вообще мне кажется вся не банальность кроется в законе сохранения импульса, который якобы (возможно я ошибаюсь, и при создании темы вы имели ввиду не это) запрещает увеличение амплитуды колебаний. Но у нас же не замкнутая система: силы трения, реакции...

А куда вы там закон сохранения импульса пристроили?

Качели качаются.
Пассажир в крайних точках приседает или ложится (опускает центр масс)
В нижней точке выпрямляется или садится (поднимает центр масс)
Ускорение происходит в нижней точке так как одна и та же линейная скорость
преобразуется в бОльшую угловую.

[nik_vic]

Пассажир в крайних точках приседает или ложится (опускает центр масс)
В нижней точке выпрямляется или садится (поднимает центр масс)
Ускорение происходит в нижней точке так как одна и та же линейная скорость
преобразуется в бОльшую угловую.

Что-то похожее на расхожие рассуждения дипломированных физиков, называется параметрический резонанс, ПР. Дело в том, что при его изучении качели - непременный пример

Однако ребёнок не встаёт и не садится - подножек нет, попка "приклеена" к досточке-сиденью. Да и не годится ПР для первоначальной раскачки качелей...

[0]

Однако ребёнок не встаёт и не садится - подножек нет, попка "приклеена" к досточке-сиденью. Да и не годится ПР для первоначальной раскачки качелей...

Качели бывают разные. Принцип действия один и тот же.
Встают садятся на качелях типа лодочка - показательны тем что кроме как вставать/садиться ничего не сделаешь.
Там где просто покрышка на веревке поднятие-опускание центра масс достигается откидывание корпуса назад или подниманием. Начальная раскачка обычно делается стартом не из нижней точки.
В качелях где сиденье со спинкой раскачивание может осуществляться только поднятием опусканием ног.
Это действие хоть и может дать старт движению ( за счет того что центр масс перемещается не только вертикально но и горизонтально ) но энергия даваемая этим действием системе слишком мала даже для поддержания колебаний. Потому к этому виду качелей обычно прилагается источник "качающий папа".

[nik_vic]

Качели бывают разные. Принцип действия один и тот же.
Встают садятся на качелях типа лодочка - показательны тем что кроме как вставать/садиться ничего не сделаешь.

Никакие принципы качелей не выходят за з-ны Ньютона

Для простоты я взял качели из железных штанг и сиденья без подножек. Договоримся о "фазовых" терминах - вперёд-вниз, вперёд-вверх, назад-вниз, назад-вверх.

Какие движения делает дитя в этих фазах или на их границе, чтобы хотя бы поддержать приятный процесс, пока дед курит в сторонке?

Реально возможные: наклонить туловище вперёд, назад, согнуть либо разогнуть ноги в коленгках.

[0]

Договоримся о "фазовых" терминах - вперёд-вниз, вперёд-вверх, назад-вниз, назад-вверх.

Какие движения делает дитя в этих фазах или на их границе, чтобы хотя бы поддержать приятный процесс, пока дед курит в сторонке?

Что-то непонятно? В первом сообщении было все сказано.
В верхней точке лечь. Т.е. принять горизонтальное положение - корпус назад, ноги вперед. Ноги вперед необязательно но это хоть немного компенсирует перекос - пятая точка не является центром масс и откидываясь назад можно назад и вылететь.
В нижней точке сесть. Т.е. корпус вертикально ноги под сиденье. Ноги под сиденье необязательно - просто так проще сделать подъем.

Да положение лечь обычно принимается только при движении вперед. Энергетически это неоправданно, но лететь назад вниз головой это не те ощущения которых добивается качающийся

[nik_vic]

Что-то непонятно? В первом сообщении было все сказано.
В верхней точке лечь. Т.е. принять горизонтальное положение - корпус назад, ноги вперед. Ноги вперед необязательно но это хоть немного компенсирует перекос - пятая точка не является центром масс и откидываясь назад можно назад и вылететь.
В нижней точке сесть. Т.е. корпус вертикально ноги под сиденье. Ноги под сиденье не обязательно - просто так проще сделать подъем.

Да положение лечь обычно принимается только при движении вперед. Энергетически это неоправданно, но лететь назад вниз головой это не те ощущения которых добивается качающийся

Замечу, что верхних точек - две.
Кроме того, "положение лечь обычно принимается только при движении вперед" вообще запутывает дело.
Разве что понимать так - 1/ Отклониться назад в задней верхней точке.
2/ А что делать в нижней, когда её проходим вперёд?
Продолжите?

[0]

Замечу, что верхних точек - две.
Кроме того, "положение лечь обычно принимается только при движении вперед" вообще запутывает дело.
Разве что понимать так - 1/ Отклониться назад в задней верхней точке.
2/ А что делать в нижней, когда её проходим вперёд?
Продолжите?

Есть физика которой достаточно для роботов (о которых говорилось в одном из первых сообщений) - они могут отклоняться назад в обоих верхних точках, они могут не поднимать ноги в верхней точке а наоборот поднять в нижней - это будет эффективнее. Но если на качелях человек то кроме физики есть еще законы. Лететь назад вниз головой неприятно на уровне рефлексов, подниматься не помогая себе корпусом неудобно, приближаясь к земле с опущенными норами это риск покалечиться и его тоже избегают сознательно или бес-.

[nik_vic]

Есть физика которой достаточно для роботов (о которых говорилось в одном из первых сообщений) - они могут отклоняться назад в обоих верхних точках, они могут не поднимать ноги в верхней точке а наоборот поднять в нижней - это будет эффективнее. Но если на качелях человек то кроме физики есть еще законы. Лететь назад вниз головой неприятно на уровне рефлексов, подниматься не помогая себе корпусом неудобно, приближаясь к земле с опущенными норами это риск покалечиться и его тоже избегают сознательно или бес-.

Так опишите движение робота - я не против. Можно даже с одной степенью свободы, для простоты.
Дайте хоть одно описание без вариаций на тему обеих верхних точек...

[nik_vic]

Так опишите движение робота - я не против. Можно даже с одной степенью свободы, для простоты.
Дайте хоть одно описание без вариаций на тему обеих верхних точек...

Придётся продолжить в одиночестве. Вот результат наблюдений за детьми, вполне умеющими качаться.
В течение периода делается два простых движения.

Именно, вблизи задней верхней точки дитя откидывает корпус назад и разгибает колени.
В такой позе он долетает до передней верхней точки, и там сгибается вперёд и подгибает колени - так и движется назад, чтобы всё повторить.

Если у сиденья есть спинка, то и назад откинуться можно не слишком.

Уф, кажется всё предельно упростил. Вам остаётся только объяснить, почему "это работает"

[сапер]

Придётся продолжить в одиночестве. Вот результат наблюдений за детьми, вполне умеющими качаться.
В течение периода делается два простых движения.

Именно, вблизи задней верхней точки дитя откидывает корпус назад и разгибает колени.
В такой позе он долетает до передней верхней точки, и там сгибается вперёд и подгибает колени - так и движется назад, чтобы всё повторить.

Если у сиденья есть спинка, то и назад откинуться можно не слишком.

Уф, кажется всё предельно упростил. Вам остаётся только объяснить, почему "это работает"

Так об этом 0 уже написал. Лучше не скажешь. Зачем повторяться. Причем, очень здорово написал, на уровне анализа психомоторики ребенка.
Попробую догадаться зачем Вы затеяли тему... Вам, видимо, очень не понравилось сравнение исследователей/"объяснятелей" параметрического резонанса с раскачиванием качелей. Зачем вырывать из контекста?...и подобно чеховскому персонажу "запятую ставить"? Ну грубо, ей богу . Ведь наверняка ни один из них даже и не подразумевал в своих аналогиях, что он применим к качелям, находящимся в состоянии покоя. Это ведь даже ежу понятно. Да, для начала движения, ребенок отклоняется назад(или вперед, при наличии спинки на качелях. Ноги не обязательно вперед, если попа приклеена), сместив центр масс качелей, тем самым задав начальную амплитуду движения отличную от нуля. Далее "Нахаленок" понимает, раз уж движение началось, то нужно закрепить успех. Перед самым достижением верхней точки по фронту, когда кочели раскачаются более 30 град., он на уровне психомоторики и самосохранения выравнивает корпус к нормали к земле(под страхом завалиться назад), тем самым, сам того не понимая, давая дополнительный прирост амплитуды в верхней точке, опять же за счет смещения центра масс. Проходя нижнюю точку, где угловая скорость максимальна, он идет прямым корпусом, приподнимая центр масс и укорачивая длину маятника. Здесь уж, извините - параметрический резонанс. Вот и все. Таким образом, весь процесс раскачивания качелей с "нуля" состоит из двух главных составляющих: 1. Прирост амплитуды в крайних точках за счет отклонения корпуса. 2. Прирост амплитуды за счет изменения угловой скорости в нижней точке, в следствии изменения длины маятника(параметрический резонанс). И ни каких там больше всяких "махов" нет. Это иллюзия. Система замкнута.
п.с. Давайте лучше разберем знаменитый перелет А.Ткачева на гимнастической перекладине. Куда интересней бы темка была

[nik_vic]

Так об этом 0 уже написал. Лучше не скажешь. Зачем повторятся. Причем очень здорово написал, на уровне анализа психомоторики ребенка.
Попробую догадаться зачем Вы затеяли тему... Вам, видимо, очень не понравилось сравнение исследователей/"объяснятелей" параметрического резонанса с раскачиванием качелей. Зачем вырывать из контекста?...и подобно чеховскому персонажу "запятую ставить"? Ну грубо, ей богу . Ведь наверняка ни один из них даже и не подразумевал в своих аналогиях, что он применим к качелям, находящимся в состоянии покоя. Это ведь даже ежу понятно. Да, для начала движения, ребенок отклоняется назад(или вперед, при наличии спинки на качелях. Ноги не обязательно вперед, если попа приклеена), сместив центр масс качелей, тем самым задав начальную амплитуду движения отличную от нуля. Далее "Нахаленок" понимает, раз уж движение началось, то нужно закрепить успех. Перед самым достижением верхней точки по фронту, когда кочели раскачаются более 30 град., он на уровне психомоторики и самосохранения выравнивает корпус к нормали к земле(под страхом завалиться назад), тем самым, сам того не понимая, давая дополнительный прирост амплитуды в верхней точке, опять же за счет смещения центра масс. Проходя нижнюю точку, где угловая скорость максимальна, он идет прямым корпусом, приподнимая центр масс и укорачивая длину маятника. Здесь уж, извините - параметрический резонанс. Вот и все. Таким образом, весь процесс раскачивания качелей с "нуля" состоит из двух главных составляющих: 1. Прирост амплитуды в крайних точках за счет отклонения корпуса. 2. Прирост амплитуды за счет изменения угловой скорости в нижней точке, в следствии изменения длины маятника(параметрический резонанс). И ни каких там больше всяких "махов" нет. Это иллюзия. Система замкнута.

(Жалобно) А может, не надо про психомоторику?
Я попросил 0 описать безвариантный алгоритм движения ребёнка для простого случая - поддержание процесса. Ответа не дождался.
Теперь про Ваш комментарий. В классическом параметрическои резонансе "верёвочка" укорачивается при прохождении маятником положения равновесия дважды за период.
Эту технику я видел только у циркачей на трапеции. Стоя ногами на ручке, они приседают в верхних точках и поднимаются, проходя нижнюю.Траектория ЦМ у них напоминает восьмёрку, изогнутую по нижней дуге круга.

Ничего подобного у дитяти-робота не наблюдается, оно не меняет высоту ЦМ при прохождении нижней точки.

Далее, "опять же за счет смещения центра масс". Здесь, как минимум, неопределённость - чей ЦМ, робота или всей системы, и относительно чего - земли или качелей.

Впрочем, продвинусь к следующему упрощению, чтобы не ловить блох (расстояние от ЦМ ребёнка до оси меняется ничтожно при его наклонах).
Пусть робот - палка, насаженная серединой на перекладину. Она может (сервомоторы) поворачиваться на небольшой угол относительно штанг, но эти повороты не меняют положение ЦМ относительно качелей. По (угадываемой) Вашей логике такая система не может поддерживать качания - так ли это?