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審核專(zhuan) 家：羅會(hui) 仟

中國科學院物理研究所副研究員

說起秋千，想必大家一定不陌生，秋千承載著我們(men) 成長的歡樂(le) ，總能勾起我們(men) 美好的回憶。借助一塊木板，兩(liang) 根繩索，就能在空中悠蕩。不過，你知道在我們(men) 蕩秋千的時候，是哪些科學原理讓秋千載著我們(men) 越蕩越高嗎？

來源丨hippopx

秋千的起源

秋千運動在中國的曆史相當悠久。遠古時期，我們(men) 的靈長類祖先為(wei) 了上樹采摘野果、逃避或獵殺野獸(shou) 在攀岩和奔跑中上樹或越過鴻溝，出於(yu) 本能機械地用手臂抓住蔓生植物，依靠藤條的擺動獲取高處的食物，這使秋千有了原始的雛形。

米諾斯文明末期的文物，表現人物蕩秋千的樣子

來源丨維基百科

經過長期的演進和進化，到了人類的文明時代，許多地方都出現了早期的秋千，這一點在很多考古研究中都有所體(ti) 現，例如希臘的米諾斯文明以及我國春秋時期北方的山戎民族等。蕩秋千慢慢成為(wei) 一種娛樂(le) 方式，樣式也越來越多。秋千這項運動廣泛流傳(chuan) 逐漸普及全國，受到廣大人民群眾(zhong) 的歡迎。

來源丨電影劇照

唐宋時期，人們(men) 生活水平逐漸提升，隨後秋千運動進而演變成了節日的狂歡項目和娛樂(le) 媒介。清明節也被稱為(wei) “秋千節”，一些傳(chuan) 說中認為(wei) 蕩秋千可以驅除百病。

民間的人們(men) 也在每個(ge) 清明時節郊遊踏青，並用竹子搭架秋千，就此盡情舞蕩和玩耍嬉戲。現如今，秋千在華夏已經有上千年的曆史了，它見證了朝代的興(xing) 亡更替，也留下了民族的烙印。秋千已經發展成一種藝術的化身，集功能和娛樂(le) 為(wei) 一體(ti) ，並賦予很多美感，讓人賞心悅目的同時也不失其趣味性。

秋千是個(ge) 物理現象

秋千實際上可以被看作簡單的力學係統，它所受的外力有兩(liang) 個(ge) ：一個(ge) 是垂直向下的重力；另一個(ge) 是沿著秋千繩方向的約束力。蕩秋千最簡單的玩法就是在秋千板上坐著，等著別人來用力推著蕩。這時的秋千的運動類似於(yu) 單擺的運動，但由於(yu) 空氣阻力以及摩擦阻力會(hui) 阻礙秋千的擺動，因此秋千擺動的幅度會(hui) 越來越小，直到停止。

如果此時一個(ge) 人在旁邊施加外力不斷地推，就會(hui) 使秋千越蕩越高。當秋千蕩到最高點時，順著秋千繼續擺動的方向施加一個(ge) 外力，就能將秋千推得更高；但是如果施加一個(ge) 與(yu) 秋千運動方向相反的力，此時外力會(hui) 阻礙秋千的運動從(cong) 而使秋千的高度減小。

在我們(men) 蕩秋千時，向下蕩的過程會(hui) 有短暫的失重感，我們(men) 可能會(hui) 感覺到緊張和恐懼。當秋千越蕩越高，快速下蕩的時候，人體(ti) 受到離心力的影響，小腹處感到輕微壓迫，會(hui) 有種想要尿出來的感覺。在蕩秋千的過程中不斷克服緊張和恐懼，能夠增強自我控製能力，有利於(yu) 身心健康。此外，經常蕩秋千的人乘車或坐船也很少發暈。

秋千如何越蕩越高？

如何不依靠地麵外力讓秋千維持擺動和蕩得更高，是每個(ge) 參與(yu) 秋千運動的人都希望達到的目標。

觀察蕩秋千時，我們(men) 可以發現，那些蕩秋千越蕩越高的人總有站起或下蹲的動作。這時雖然沒有外力推動，但人所做的動作實際上增加了係統能量。因此，當考慮阻力時，隻要人體(ti) 動作轉化為(wei) 機械能的能量大於(yu) 因克服阻力做功而消耗的能量，則秋千就會(hui) 越蕩越高。

來源丨百度百科

人體(ti) 和秋千係統的重心可以簡化為(wei) 一個(ge) 質點，重心位置隨著姿勢的改變而發生改變，屈膝蹲下時重心偏低，而伸腿站起時重心偏高。秋千在高處，人如果是站立的，係統的重心最高，重力勢能最大，動能最小。

在秋千由高處回擺過程中，人開始下蹲，重心位置往下移，整個(ge) 係統的重力勢能也在不斷轉化為(wei) 動能，速度也越來越快，直到秋千回到最低點的時候，速度最快，係統的動能達到最大、重力勢能最小。如果這個(ge) 過程人沒有下蹲，係統的動能增加幅度不會(hui) 那麽(me) 大，反而會(hui) 因為(wei) 阻力不斷損耗。

來源丨pexels

在秋千由最低處上擺的過程中，人開始迅速站立，使得重心升高，勢能增加，動能減少速度變緩，係統總的機械能實際上是增加的，最終秋千也會(hui) 比上一次蕩的更高。這是因為(wei) 人體(ti) 消耗自身能量克服重力做了功，所以會(hui) 感覺到腿腳很用力，時間久了會(hui) 很疲勞。

如下圖所示，將蕩秋千過程視為(wei) 單擺運動，紅色區域為(wei) 前半程，藍色區域為(wei) 後半程，通過改變自身狀態使得後半程的擺角大於(yu) 前半程，從(cong) 而實現了越蕩越高，其能量來自於(yu) 收放腿時所做的功。

蕩秋千運動過程簡圖 來源丨網絡

由此看來，蕩秋千也是要掌握方法的，在秋千下擺的過程中，屈膝下蹲降低重心，而上擺過程中，蹬腿站立抬高重心，就可以讓秋千越蕩越高。蕩秋千時要雙手握繩，隨上下擺動而用力，整個(ge) 過程主要依靠腰部、腿部和臀部力量實現上下擺動。

秋千曆史悠久，結構簡單卻蘊藏著豐(feng) 富的物理星空体育官网入口网站。在中華文化中，秋千也寄托著安康、幸福的美好寓意。讓我們(men) 在學習(xi) 工作之餘(yu) ，再蕩一次秋千，蕩走煩惱，蕩回歡笑。

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