En trampolin fremstår som intet andet end simpel sjov, men det er faktisk en kompleks række af de mest grundlæggende fysiske love. At springe op og ned er et klassisk eksempel på bevarelse af energi, fra potentiale til kinetisk. Det viser også Hookes love og forårskonstanten. Desuden verificerer og illustrerer det hver af Newtons tre bevægelseslove.
Kinetisk energi
Kinetisk energi skabes, når et objekt med en vis mængde bevægelse bevæger sig med en given hastighed. Med andre ord, alle bevægelige objekter har kinetisk energi. Formlen for kinetisk energi er som følger: KE = (1/2) mv ^ 2, hvor m er masse, og v er hastighed. Når du hopper på en trampolin, har din krop kinetisk energi, der ændrer sig over tid. Når du hopper op og ned, øges og mindskes din kinetiske energi med din hastighed. Din kinetiske energi er størst, lige før du rammer trampolinen på vej ned, og når du forlader trampolinoverfladen på vej op. Din kinetiske energi er 0, når du når højden på dit spring og begynder at falde ned, og når du er på trampolinen, ved at skubbe opad.
Potentiel energi
Potentiel energi ændres sammen med kinetisk energi. Når som helst er din samlede energi lig med din potentielle energi plus din kinetiske energi. Potentiel energi er en funktion af højden, og ligningen er som følger: PE = mgh, hvor m er masse, g er tyngdekraften konstant og h er højde. Jo højere du er, jo mere potentiel energi har du. Når du forlader trampolinen og begynder at rejse opad, falder din kinetiske energi, jo højere du går. Med andre ord går du langsommere. Når du bremser ned og får højden, overføres din kinetiske energi til potentiel energi. Ligeledes, når du falder, falder din højde, hvilket reducerer din potentielle energi. Dette energifald findes, fordi din energi skifter fra potentiel energi til kinetisk energi. Overførsel af energi er et klassisk eksempel på bevarelse af energi, der siger, at den samlede energi er konstant over tid.
Hookes lov
Hookes lov omhandler fjedre og ligevægt. En trampolin er dybest set en elastisk skive, der er forbundet til flere fjedre. Når du lander på trampolinen, strækker fjedrene og trampolinens overflade sig som et resultat af, at din krops kraft lander på den. Hookes lov hedder, at fjedrene vil arbejde på at vende tilbage til ligevægt. Med andre ord, fjedrene trækker tilbage mod vægten af din krop, når du lander. Størrelsen af denne kraft er lig med den, du udøver på trampolinen, når du lander. Hookes lov er angivet i følgende ligning: F = -kx, hvor F er kraft, k er fjederkonstanten og x er forskydningen af fjederen. Hookes lov er blot en anden form for potentiel energi. Ligesom trampolinen er ved at skyde dig op, er din kinetiske energi 0, men din potentielle energi maksimeres, selvom du er i en minimumshøjde. Dette skyldes, at din potentielle energi er relateret til forårskonstanten og Hookes lov.
Newtons bevægelseslove
At hoppe på en trampolin er en fremragende måde at illustrere alle tre Newtons Laws of Motion. Den første lov, der siger, at et objekt vil fortsætte sin bevægelse, medmindre det udføres af en udvendig styrke, illustreres af det faktum, at du ikke svæver ind i himlen, når du hopper op, og at du ikke flyver gennem bunden af trampolinen, når du kommer ned. Tyngdekraften og trampolins fjedre holder dig tilbage. Newtons anden lov illustrerer, hvordan din hastighed ændres med den grundlæggende ligning af F = ma, eller kraft er lig med masse ganget med acceleration. Denne enkle ligning bruges til at finde ligningerne for kinetisk energi, hvor acceleration simpelthen er tyngdekraft. I Newtons tredje lov hedder det, at der for hver handling er en lige så modsat reaktion. Dette er illustreret ved Hookes lov. Når fjedrene strækkes udviser de en lige og modsatrettet kraft, der komprimerer tilbage i ligevægt og fremdrager dig op i luften.
