蹦极运动中能量和运动状态的变化VIP

蹦极运动中能量和运动状态的变化海安县胡集镇青萍初中 吴开纯 邮编226671 蹦极是一项极富刺激而惊险的体育运动，那么蹦极运动的过程中，机械能是怎样转换的，人的运动状态又是如何改变的呢？要研究这个问题，首先让我们来明确几个点。第一个点绳子的悬挂点O。第二个点是弹性绳从高处自然下垂时的最低点A，此时绳长为L0，当绳长超过该长时，绳子被拉伸。由于此时运动员所受的重力与绳子的拉力相平衡，所以我们将该点叫做平衡点。第三个点是系有运动员的弹性绳从高处自然下垂时，即最后运动员静止时绳子的下端点所处的位置B点。第四个点是运动员在运动的过程中所能到达的最低点C。有了这四个点，我们的问题就便于讨论了。为了使问题简单化，我们首先假设运动员在运动的过程中空气阻力可以忽略不计第一个过程，运动员从跳下到绳子的自然下垂点A。当运动员从高处跳下之后，到达A点之前，运动员的高度不断降低，重力势能不断减小，同时动能不断增大。在此过程中运动员的重力势能全部转化为运动员的动能。由于此时弹性绳子并没有被拉伸，所以运动员并不受到绳子的拉力，在这一过程中运动员只受重力的作用，整个过程运动员向下作匀加速运动。第二个过程，从绳子的自然下垂点A到受力平衡点B。当运动员从绳子的自由长度A继续向下运动时，此时绳子开始被拉伸，弹性绳子开始对运动员具有向上的拉力，且不断增大。但在起始阶段拉力小于重力，因而运动员此时仍然向下做加速运动，只是加速度在逐渐减小，这个过程一直会持续到B点，即挂在绳子下的运动员最后静止是时的位置。这个位置弹性绳对运动员的拉力等于重力，运动员受力平衡，我们将这个位置称作平衡位置。由以上分析可知，从A点到这个平衡位置，运动员的动能还是在不断增大，同时绳子的弹性势能也在增大，只是运动员的高度在降低，运动员的重力势能在减小。所以在这一过程中运动员的重力势能一部分转化为自身的动能，一部分转化为弹性绳的弹性势能。由刚才的分析我们还知道，当运动员到达平衡位置B点时，运动员受到的合力为零，即运动员的加速过程宣告结束，所以到达平衡位置时运动员的速度达到最大。第三个过程从受力平衡点B到最低点C。运动员从受力平衡点继续向下运动，绳子的弹力继续增大，且大于运动员的重力，此时运动员所受的合力转为向上，因而运动员向下做减速运动，且向下的加速度越来越大。既然运动员向下做减速运动，因此，运动员的动能在不断减小。而运动员的高度在不断降低，所以运动员的重力势能也在不断减小，那运动员的动能和弹性势能都减小到哪儿去了，不要忘了，此时绳子依然被继续向下拉伸，因此，弹性绳子的弹性势能在不断增大。所以，这一阶段运动员的动能和重力势能都转化为弹性绳子的弹性势能。当人到达最低点时，此时人的速度为零，重力势能最小，绳子的弹性势能最大。由于人此时所受的绳子的拉力最大且竖直向上，人所受的重力和绳子的拉力的合力最大且向上，人又由静止开始向上做加速运动，人由最低点上升到最高点的过程中，机械能和人的运动状态的改变便很好分析了。机械能和运动状态的改变如下表所示：运动路径OAABBC运动员的动能的变化增加增加减小运动员的重力势能的变化减少减少减小绳子的弹性势能为零增加增加机械能的转化重力势能 动能重力势能动能和弹性势能动能和重力势能弹性势能运动方向竖直向下竖直向下竖直向下受力方向竖直向下竖直向下竖直向上运动状态的改变向下加速加速度不断减小的加速运动加速度不断增加的加速运动实际上，在整个运动的过程中，空气阻力是不可避免的，因而在各个运动的过程中，总有一部分