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

[S_konstr_password_was_lost]

Про тележку вроде понятно.
Если разбить на пять положений (1-крайняя дальняя точка, между 1 и 3, 3 - точка "равновесия", между 5 и 3, краяняя сжатая точка пружины) то действовать надо следующим образом:
Начинаем с т.1. Тележка начинает ехать к стенке. Выключаем "психомоторику" и идём по ходу тележки весь промежуток 2. Когда тележка проходит т.3 останавливаемся и ничего не делаем, приближаясь к стенке и точке 5. Чуть не уср..шись в точке, 5 начинаем идти в первоначальное положение (по ходу тележки) вплоть до достижения тележкой т.3. Опять замираем, доезжаем до точки 1. Начинаем сначала и так бесконечно.

Если перенести это на качели, то напрашиваются (пока неаргументированно) следующие действия. Точки те же. Начиная с верхнего положения фиксируем пацана-палку в том положении (угле отн. земли), котором он находился в этой точке и далее сохраняем этот угол до точки 3 (вертикали со штангой). Тут расслабляем хватку - пусть поворачивается как понесет его матушка-природа. Достигнув 5-й точки опять фиксируем угол пацана-палки отн. земли и придерживаем его (угол отн. земли палки-переростка) до той же 3-й точки.

Перенос с тележки на качели осуществил ичсходя из того, что и в одном и в другом случае действуем поперек того, куда отбрасывает.

[nik_vic]

Про тележку вроде понятно.
Если разбить на пять положений (1-крайняя дальняя точка, между 1 и 3, 3 - точка "равновесия", между 5 и 3, краяняя сжатая точка пружины) то действовать надо следующим образом:
Начинаем с т.1. Тележка начинает ехать к стенке. Выключаем "психомоторику" и идём по ходу тележки весь промежуток 2. Когда тележка проходит т.3 останавливаемся и ничего не делаем, приближаясь к стенке и точке 5. Чуть не уср..шись в точке, 5 начинаем идти в первоначальное положение (по ходу тележки) вплоть до достижения тележкой т.3. Опять замираем, доезжаем до точки 1. Начинаем сначала и так бесконечно.

Попробую покороче, с явным указанем знаков. Если тележка - между двух пружин, не напряжённых в положении равновесия, то не следует идти в сторону сжатой половины.

Идти нужно в сторону растянутой половины (и стоять, если дошёл до упора). С точки зрения энергии дядя в этом случае совершает положительную работы против т.н. силы инерции: тележка движется с укорением.

Сам закон "хождений" может быть разным, например, синусоидальным - получатся лекционные формулы из теории колебаний.
Энергетически выгоднее - коротким прыжком в момент наибольшей деформации: так мы просто добавим к деформации фиксированную величину (из задачи про переход от кормы лодки к носу).

Система отсчёта, связанная с качелями, тоже не инерциальна, и там уместно ввести переносное угловое ускорение. Вращая палку, мы совершаем положительную работу, если крутим её туда, куда направлено это ускорение. Оно максимально в крайних точках, и там можно "заработать" максимум быстрым перекладыванием.

В общем виде кроме моментов придётся рассматривать обобщённые силы и ускорения. В чистом параметрическом резонансе словесные объяснения можно переформулировать так, что дёргая ниточку, мы совершаем работу против центобежной силы в момент её максимума. И отпускаем, когда она равна нулю.

[S_konstr_password_was_lost]

Попробую покороче, с явным указанем знаков. Если тележка - между двух пружин, не напряжённых в положении равновесия, то не следует идти в сторону сжатой половины.

Идти нужно в сторону растянутой половины (и стоять, если дошёл до упора). С точки зрения энергии дядя в этом случае совершает положительную работы против т.н. силы инерции: тележка движется с укорением.

Сам закон "хождений" может быть разным, например, синусоидальным - получатся лекционные формулы из теории колебаний.
Энергетически выгоднее - коротким прыжком в момент наибольшей деформации: так мы просто добавим к деформации фиксированную величину (из задачи про переход от кормы лодки к носу).

Система отсчёта, связанная с качелями, тоже не инерциальна, и там уместно ввести переносное угловое ускорение. Вращая палку, мы совершаем положительную работу, если крутим её туда, куда направлено это ускорение. Оно максимально в крайних точках, и там можно "заработать" максимум быстрым перекладыванием.

В общем виде кроме моментов придётся рассматривать обобщённые силы и ускорения. В чистом параметрическом резонансе словесные объяснения можно переформулировать так, что дёргая ниточку, мы совершаем работу против центобежной силы в момент её максимума. И отпускаем, когда она равна нулю.

Ну в целом (в общих чертах) понятно как раскачиваются качели, более того и с тележкой почти очевидно.
Теперь вопрос другой. Изначально тема называлась "открытая физика". Мне здается, что это означало бы возможность описания процесса "на пальцах" (например ребенку лет 8-10 ) исключая применение любых терминов (инерциальные системы, параметрический резонанс и т.п.).
Если про тележку что-то и смог бы обяснить своему ребенку (натягивая резинки для волос на пальцы), то с качелью полный тупик.

[nik_vic]

Ну в целом (в общих чертах) понятно как раскачиваются качели, более того и с тележкой почти очевидно.
Теперь вопрос другой. Изначально тема называлась "открытая физика". Мне здается, что это означало бы возможность описания процесса "на пальцах" (например ребенку лет 8-10 ) исключая применение любых терминов (инерциальные системы, параметрический резонанс и т.п.).
Если про тележку что-то и смог бы обяснить своему ребенку (натягивая резинки для волос на пальцы), то с качелью полный тупик.

Открытая - в том смысле, что не закрытая, как принято здесь для "балльных" задач.
Качели - трудный сюжет для 95% учителей физики и 90% выпускников физфаков.
У ребёнка нет достаточного уровня абстракции, попробуйте ему объяснить, что "направо" для качелей и для поворота ребёнка суть противоположные направления вращения, а против- или по часовой стрелке зависит от того, с какой стороны зритель