Wie kommt es, dass die Schaukel immer höher schwingt, ohne dass jemand sie anschiebt oder zieht?

Prüfungsexperte: Luo Huiqian

Assoziierter Forscher, Institut für Physik, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Apropos Schaukeln : Ich glaube, jeder kennt sie. Schaukeln tragen die Freude unseres Heranwachsens in uns und rufen immer schöne Erinnerungen in uns hervor. Mithilfe eines Holzstücks und zweier Seile können Sie in der Luft schwingen. Aber wissen Sie, welche wissenschaftlichen Prinzipien es ermöglichen, dass uns die Schaukel beim Schwingen immer höher trägt?

Quelle: hippopx

Der Ursprung der Schaukel

Swing-Sportarten haben in China eine lange Geschichte. In der Antike kletterten unsere Primatenvorfahren auf Bäume oder überquerten kletternd oder rennend Schluchten, um wilde Früchte zu pflücken, zu fliehen oder wilde Tiere zu jagen. Sie griffen instinktiv und mechanisch mit ihren Armen nach Schlingpflanzen und verließen sich auf das Schwingen der Schlingpflanzen, um an Nahrung aus höheren Lagen zu gelangen. Dies war der Ursprung der Schaukel.

Artefakte aus dem Ende der minoischen Zivilisation, die Menschen auf einer Schaukel zeigen

Quelle: Wikipedia

Nach einer langen Phase der Evolution und des Fortschritts, im Zeitalter der menschlichen Zivilisation, traten vielerorts erste Schaukeln auf. Dies spiegelt sich in zahlreichen archäologischen Studien wider, beispielsweise zur minoischen Zivilisation in Griechenland und zum Volk der Shanrong im Norden Chinas während der Frühlings- und Herbstperiode. Swingen hat sich nach und nach zu einer Form der Unterhaltung entwickelt und es gibt immer mehr Stile. Der Swingsport hat sich weit verbreitet und ist allmählich im ganzen Land populär geworden und wird von der breiten Öffentlichkeit begrüßt.

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Während der Tang- und Song-Dynastien verbesserte sich der Lebensstandard der Menschen allmählich und der Swing-Sport entwickelte sich in der Folge zu einem festlichen Karnevalsereignis und einem Medium der Unterhaltung. Das Qingming-Festival ist auch als „Swing-Festival“ bekannt. Einige Legenden besagen, dass das Schaukeln auf einer Schaukel alle möglichen Krankheiten vertreiben kann.

Während des Qingming-Festes machen die Menschen auch Ausflüge und bauen Schaukeln aus Bambus, um zu tanzen und zu spielen. Heute haben Schaukeln in China eine jahrtausendealte Geschichte. Sie haben den Aufstieg und Fall von Dynastien miterlebt und ihre Spuren im Land hinterlassen. Schaukeln haben sich zu einer Kunstform entwickelt, die Funktionalität und Unterhaltung vereint und mit viel Schönheit ausgestattet ist, was sie sowohl angenehm für das Auge als auch interessant macht.

Der Schwung ist ein physikalisches Phänomen

Eigentlich kann man die Schaukel als einfaches mechanisches System betrachten. Es ist zwei äußeren Kräften ausgesetzt: eine ist die vertikale, nach unten gerichtete Schwerkraft ; die andere ist die Zwangskraft entlang der Richtung des Schwungseils. Die einfachste Art, auf einer Schaukel zu spielen, besteht darin, auf dem Schaukelbrett zu sitzen und darauf zu warten, dass Sie jemand kräftig anstößt. Die Bewegung der Schaukel ähnelt dabei der eines einfachen Pendels, aber da Luftwiderstand und Reibungswiderstand die Schaukelbewegung behindern, wird die Amplitude der Schaukel immer kleiner, bis sie stoppt.

Wenn eine Person zu diesem Zeitpunkt eine äußere Kraft anwendet und die Schaukel kontinuierlich anschiebt, schwingt die Schaukel immer höher. Wenn die Schaukel ihren höchsten Punkt erreicht hat, wird die Schaukel durch das Einwirken einer äußeren Kraft in die Richtung der weiteren Schaukel höher geschoben. Wenn jedoch eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung der Schaukelbewegung ausgeübt wird, behindert die äußere Kraft die Bewegung der Schaukel und verringert ihre Höhe.

Wenn wir auf einer Schaukel schaukeln, verspüren wir beim Herunterschwingen ein kurzes Gefühl der Schwerelosigkeit und können nervös und ängstlich werden. Wenn die Schaukel immer höher schwingt und dann schnell nach unten schwingt, wird der menschliche Körper durch die Zentrifugalkraft beeinflusst und verspürt einen leichten Druck im Unterleib sowie das Gefühl, urinieren zu müssen. Das Überwinden von Anspannung und Angst beim Schaukeln kann die Selbstkontrolle stärken und ist förderlich für die körperliche und geistige Gesundheit. Darüber hinaus wird Menschen, die häufig schaukeln, bei Auto- oder Bootsfahrten seltener schwindelig.

Wie schwingt man immer höher?

Wie man den Schwung aufrecht erhält und höher schwingt, ohne auf äußere Krafteinwirkung vom Boden angewiesen zu sein, ist das Ziel, das jeder erreichen möchte, der Schwungsport betreibt.

Wenn wir Menschen beim Schaukeln beobachten, fällt auf, dass diejenigen, die immer höher schaukeln, immer aufstehen oder in die Hocke gehen . Obwohl derzeit keine externe Kraft wirkt, erhöhen die Handlungen der Menschen tatsächlich die Energie des Systems . Wenn man den Widerstand berücksichtigt, wird die Schaukel immer höher schwingen, solange die Energie, die durch die Bewegung des menschlichen Körpers in mechanische Energie umgewandelt wird, größer ist als die Energie, die durch die Arbeit zum Überwinden des Widerstands verbraucht wird.

Quelle: Baidu Enzyklopädie

Der Schwerpunkt des menschlichen Körpers und des Schwungsystems kann vereinfacht als Massenpunkt betrachtet werden. Mit der Veränderung der Körperhaltung verändert sich auch die Lage des Schwerpunktes. Beim Hocken mit gebeugten Knien liegt der Schwerpunkt niedriger, beim Stehen mit ausgestreckten Beinen höher. Die Schaukel ist an einer erhöhten Stelle. Wenn eine Person steht, ist der Schwerpunkt des Systems am höchsten, die Gravitationspotentialenergie ist am größten und die kinetische Energie am geringsten.

Wenn die Schaukel von einer hohen Stelle zurückschwingt, beginnt die Person in die Hocke zu gehen und der Schwerpunkt verlagert sich nach unten. Die Gravitationspotentialenergie des gesamten Systems wird ständig in kinetische Energie umgewandelt und die Geschwindigkeit wird immer schneller, bis die Schaukel wieder zum tiefsten Punkt zurückkehrt. Die Geschwindigkeit ist am höchsten, die kinetische Energie des Systems erreicht ihr Maximum und die Gravitationspotentialenergie ist minimal. Geht die Person dabei nicht in die Hocke, erhöht sich die kinetische Energie des Systems nicht so stark, sondern geht durch den Widerstand kontinuierlich verloren.

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Wenn die Schaukel vom tiefsten Punkt nach oben schwingt, beginnt die Person schnell aufzustehen, wodurch der Schwerpunkt nach oben verschoben wird, die potenzielle Energie zunimmt und die Geschwindigkeit, mit der die kinetische Energie abnimmt, verlangsamt wird. Tatsächlich erhöht sich die gesamte mechanische Energie des Systems und die Schwingung wird schließlich höher ausfallen als beim letzten Mal. Dies liegt daran, dass der menschliche Körper seine eigene Energie verbraucht, um die Schwerkraft zu überwinden und Arbeit zu verrichten. Daher werden Sie das Gefühl haben, dass Ihre Beine und Füße sehr hart sind und Sie werden sich nach langer Zeit sehr müde fühlen.

Wie in der folgenden Abbildung dargestellt, wird der Schwingvorgang als einfache Pendelbewegung betrachtet, der rote Bereich stellt die erste Hälfte und der blaue Bereich die zweite Hälfte dar . Indem es seinen eigenen Zustand so ändert, dass der Schwungwinkel in der zweiten Hälfte größer ist als in der ersten Hälfte, kann es immer höher schwingen. Die Energie stammt aus der Arbeit, die beim Einziehen und Loslassen der Beine geleistet wird.

Einfaches Diagramm des Schwingvorgangs Quelle: Internet

Daraus lässt sich erkennen, dass auch das Schwingen auf einer Schaukel die Beherrschung der Technik erfordert. Beugen Sie beim Abschwung die Knie und gehen Sie in die Hocke, um Ihren Schwerpunkt zu senken. Drücken Sie beim Aufschwung Ihre Beine ab und stehen Sie auf, um Ihren Schwerpunkt anzuheben, wodurch der Schwung immer höher schwingt. Beim Schwingen auf einer Schaukel müssen Sie das Seil mit beiden Händen festhalten und beim Auf- und Abschwingen der Schaukel Kraft ausüben. Der gesamte Vorgang beruht hauptsächlich auf der Kraft der Taille, der Beine und der Hüften, um den Auf- und Abschwung zu erreichen.

Schaukeln haben eine lange Geschichte und eine einfache Struktur, doch sie enthalten reichhaltige physikalische Erkenntnisse. In der chinesischen Kultur stehen Schaukeln auch für die schöne Bedeutung von Gesundheit und Glück. Lassen Sie uns nach dem Lernen und Arbeiten noch einmal auf der Schaukel schaukeln, unsere Sorgen wegschaukeln und das Lachen zurückbringen.