À propos de la physique du trampoline

Un trampoline semble n'être rien de plus qu'un simple amusement, mais il s'agit en réalité d'un ensemble complexe des lois les plus élémentaires de la physique. Sauter de haut en bas est un exemple classique de conservation de l'énergie, du potentiel au 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.

L'énergie cinétique est créée lorsque un objet avec une certaine masse se déplace avec une vitesse donnée. En d'autres termes, tous les objets en mouvement ont de l'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 possède 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 la plus élevée, juste avant de frapper le trampoline en descendant et lorsque vous quittez la surface du trampoline en montant. Votre énergie cinétique est de 0 lorsque vous atteignez la hauteur de votre saut et commencez à descendre et lorsque vous êtes sur le trampoline, sur le point de vous propulser vers le haut.

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 haut, 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 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 sous l'effet de la force de votre corps qui atterrit dessus. La loi de Hooke stipule que les ressorts travailleront pour revenir à l'équilibre. En d'autres termes, les ressorts se rétracteront contre le poids de votre corps lorsque vous atterrirez. L'amplitude de cette force est égale à celle que vous exercez sur le trampoline lorsque vous atterrissez. La loi de Hooke est énoncée 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 est simplement une autre forme d'énergie potentielle. Au moment où le trampoline est sur le point de vous propulser vers le haut, votre énergie cinétique est de 0 mais votre énergie potentielle est maximisée, même si vous êtes à une hauteur minimale. C'est parce que votre énergie potentielle est liée à la constante de ressort et à la loi de Hooke.

Sauter sur un trampoline est un excellent moyen d'illustrer les trois lois de Newton du Mouvement. La première loi, qui stipule qu'un objet continuera son mouvement à moins qu'une force extérieure n'agisse dessus, est illustrée par le fait que vous ne vous envolez pas dans le ciel lorsque vous sautez et que vous ne volez pas au fond de le trampoline lorsque vous descendez. La gravité et les ressorts du trampoline vous permettent de rebondir. La deuxième loi de Newton illustre comment votre vitesse change avec l'équation de base de F = ma, ou la force est égale à la masse multipliée par l'accélération. Cette équation simple est utilisée pour trouver les équations de l'énergie cinétique, où l'accélération est simplement la gravité. La troisième loi de Newton stipule que pour chaque action, il existe une réaction opposée égale. Ceci est illustré par la loi de Hooke. Lorsque les ressorts sont étirés, ils présentent une force égale et opposée, se comprimant de nouveau à l'équilibre et vous propulsant dans les airs.