Un trampoline apparaît comme rien de plus qu'un simple plaisir, mais il s'agit en fait d'un tableau complexe des lois les plus élémentaires de la physique. Sauter de haut en bas est un exemple classique de la conservation de l'énergie, du potentiel à la cinétique. Il présente également les lois de Hooke et la constante de ressort. De plus, il vérifie et illustre chacune des trois lois du mouvement de Newton.
Énergie cinétique
L'énergie cinétique est créée lorsqu'un objet avec une certaine quantité de masse se déplace avec une vitesse donnée. En d'autres termes, tous les objets en mouvement ont une énergie cinétique. La formule de l'énergie cinétique est la suivante: KE = (1/2) mv ^ 2, où m est la masse et v est la vitesse. Lorsque vous sautez sur un trampoline, votre corps a une énergie cinétique qui change avec le temps. Lorsque vous sautez de haut en bas, votre énergie cinétique augmente et diminue avec votre vitesse. Votre énergie cinétique est maximale, juste avant de toucher le trampoline en descendant et lorsque vous quittez la surface du trampoline en montant. Votre énergie cinétique est nulle lorsque vous atteignez la hauteur de votre saut et commencez à descendre et quand vous êtes sur le trampoline, sur le point de vous propulser vers le haut.
Énergie potentielle
L'énergie potentielle change avec l'énergie cinétique. À tout moment, votre énergie totale est égale à votre énergie potentielle plus votre énergie cinétique. L'énergie potentielle est fonction de la hauteur et l'équation est la suivante: PE = mgh où m est la masse, g est la constante de gravité et h est la hauteur. Plus vous êtes élevé, plus vous avez d'énergie potentielle. Lorsque vous quittez le trampoline et que vous commencez à monter, votre énergie cinétique diminue à mesure que vous montez. En d'autres termes, vous ralentissez. Lorsque vous ralentissez et gagnez en hauteur, votre énergie cinétique est transférée en énergie potentielle. De même, lorsque vous tombez, votre taille diminue, ce qui diminue votre énergie potentielle. Cette diminution d'énergie existe parce que votre énergie passe de l'énergie potentielle à l'énergie cinétique. Le transfert d'énergie est un exemple classique de conservation de l'énergie, qui stipule que l'énergie totale est constante dans le temps.
La loi de Hooke
La loi de Hooke traite des ressorts et de l'équilibre. Un trampoline est essentiellement un disque élastique relié à plusieurs ressorts. Lorsque vous atterrissez sur le trampoline, les ressorts et la surface du trampoline s'étirent en raison de la force de votre corps qui y atterrit. La loi de Hooke stipule que les ressorts fonctionneront pour revenir à l'équilibre. En d'autres termes, les ressorts reculeront contre le poids de votre corps lorsque vous atterrirez. L'ampleur de cette force est égale à celle que vous exercez sur le trampoline à l'atterrissage. La loi de Hooke est exprimée dans l'équation suivante: F = -kx où F est la force, k est la constante du ressort et x est le déplacement du ressort. La loi de Hooke n'est qu'une autre forme d'énergie potentielle. Tout comme le trampoline est sur le point de vous propulser, votre énergie cinétique est de 0 mais votre énergie potentielle est maximisée, même si vous êtes à une hauteur minimale. En effet, votre énergie potentielle est liée à la constante du ressort et à la loi de Hooke.
Les lois du mouvement de Newton
Sauter sur un trampoline est un excellent moyen d'illustrer les trois lois du mouvement de Newton. La première loi, qui stipule qu'un objet continuera son mouvement à moins qu'il ne soit soumis à une force extérieure, est illustrée par le fait que vous ne planez pas dans le ciel lorsque vous sautez et que vous ne volez pas par le bas de le trampoline quand vous descendez. La gravité et les ressorts du trampoline vous font rebondir. La deuxième loi de Newton illustre comment votre vitesse change avec l'équation de base de F = ma, ou la force égale la masse multipliée par l'accélération. Cette équation simple est utilisée pour trouver les équations de l'énergie cinétique, où l'accélération est tout simplement la gravité. La troisième loi de Newton stipule que pour chaque action, il y a une réaction opposée égale. Ceci est illustré par la loi de Hooke. Lorsque les ressorts sont tendus, ils présentent une force égale et opposée, se comprimant en équilibre et vous propulsant dans les airs.
