Я читал о том, как, наклоняя тело, человек меняет центр масс, раскачиваясь на детских качелях, и тем самым увеличивает энергию качелей.
Но я хотел бы лучше понять, почему можно раскачиваться примерно на 1,5 метра над землей на задней и передней вершинах качелей (каждый раз поднимая вес взрослого человека на эту высоту) и делать это несколько раз в течение , скажем, 10 минут, и при этом совсем не чувствуете усталости — тогда как, если бы вы попытались подпрыгнуть с земли на такую высоту, вы бы утомились уже после нескольких прыжков.
У меня такое ощущение, что ответ связан с идеей о том, что вы постепенно «нагружаете» замах потенциальной энергией при каждом замахе, и что каждая итерация этого требует лишь небольшого усилия, но я все еще немного удивлен тем, как много устойчивой энергии, которую вы можете генерировать с таким небольшим чувством напряжения (такое ощущение, что можно легко раскачиваться высоко с небольшими усилиями в течение часа), и я подумал, что в этом могут быть некоторые тонкости, которые я не понимаю.
Рассмотрим идеализированную обстановку, в которой практически отсутствует трение или сопротивление воздуха. Предположим, кто-то подтолкнул вас, пока вы качаетесь. Вы будете продолжать раскачиваться, не затрачивая при этом никакой энергии. Камень, сидящий на качелях, вел бы себя точно так же; ему не нужно было бы «накачивать», чтобы поддерживать это идеализированное колебание вверх и вниз и вперед и назад, когда оно уже двигалось. (Что касается того, как может происходить это явление, то хорошей отправной точкой для поиска будут гравитационная потенциальная энергия и сохранение механической энергии .)
Теперь, начиная с отдыха в нижней части этого идеализированного свинга, вам действительно нужно немного накачиваться, чтобы начать самостоятельно. Но вам нужно будет только приложить количество энергии, равное вашему максимальному желаемому изменению потенциальной энергии (т.е. примерно ), и вам нужно будет приложить это количество энергии только один раз (ну, понемногу, пока вы не достигнете желаемой высоты, но вам не нужно будет прилагать такое количество энергии каждый период).
Ладно, настоящий настоящий мир. Действуют диссипативные силы (сопротивление воздуха, трение). Как только вы уже движетесь на желаемой высоте/амплитуде, накачка, которую вы делаете, предназначена только для противодействия этим диссипативным силам. Ибо без этих надоедливых сил вам вообще не нужно было бы качать.
Таким образом, вы не накачиваете/тратите энергию, чтобы совершить колебание вверх/вниз или вперед/назад, а скорее преодолеваете работу, выполняемую диссипативными силами.