Физики определили окончательную стратегию для детских качелей

Ощущение того, как изменить свое положение на качелях на игровой площадке, как правило, приходит естественным образом в процессе взросления — это немного похоже на обучение езде на велосипеде, — и теперь ученые составили математическую модель идеальной техники качания.

В частности, модель определяет, как гонщики адаптируют то, как они «качают» качели по мере увеличения расстояния качания. До сих пор идеальная техника замаха не была сформулирована в научной форме.

Вот как добиться идеального замаха согласно новому исследованию, проведенному учеными из Японии и Австралии: когда вы только начинаете при раскачивании полностью отклоняйтесь назад при прямом махе, как только он достигает точки равновесия (цепи качания направлены прямо вниз).

По мере того, как качательное движение набирает обороты, вам нужно начинать отклоняться назад раньше. – в идеале в самой высокой точке при махе назад, как раз перед тем, как вы снова начнете двигаться вперед. Именно это изменение максимизирует колебания качелей.

«Чтобы построить нашу модель динамики качания качелей на игровой площадке, мы объединили и расширили ключевые аспекты двух моделей, которые были предложены для того, чтобы понять, как верхняя часть тела движется, чтобы накачать качели», — пишут исследователи в своей опубликованной статье.

Первым типом модели, на которую обратили внимание исследователи, была старая модель с фиксированной частотой (FFM), в которой всадники раскачивались назад и вперед с фиксированной частотой, создавая своего рода синусоидальную волну своими телами. Поначалу это нормально, но на самом деле это не работает, поскольку расстояние поворота начинает увеличиваться.

Также рассматривалась более новая модель прямоугольной волны (SWM). Это предполагает, что люди автоматически перемещают свой вес в зависимости от расстояния каждого качательного движения и своей точки в нем, но с этой моделью есть проблемы. В частности, это предполагает резкое, неестественное изменение положения, тогда как на самом деле оно плавное и плавное.

Исследование не было полностью теоретическим: команда использовала 10 студентов колледжа в лаборатории для изучить, как они приводили в движение качели. Им было предложено качать качели так, как они делают это естественным образом, не касаясь пола, и с тремя разными длинами цепи качелей.

«Длина цепи качелей является одним из ключевых параметров, определяющих резонансную частоту. качелей», — пишут исследователи.

«Поэтому были изучены данные о движениях участников, качающихся на трех цепях разной длины, чтобы проверить надежность нашей модели и роль начальной фазы в накачивании качелей. «

Конечно же, данные захвата движения показали, что участники исследования действительно качали качели, как и предсказывала новая улучшенная математическая модель, представляющая собой комбинацию FFM и SWM.

The новая модель также учитывала тонкие изменения в позиционировании и движении в зависимости от цели всадника: либо увеличить амплитуду замаха, либо сохранить текущую амплитуду, когда замах максимален.

Некоторые вопросы остаются для будущих исследований, включая то, как все это происходит так естественно для нас. Одна из идей, предложенная исследователями, заключается в том, что наше подсознательное восприятие центробежных сил позволяет нам совершать небольшие, но важные движения на качелях.

«Текущая статья демонстрирует важность частотных и начальных фазовых модуляций для накачки игровой площадки. качели и, в отличие от предыдущей работы, обеспечивают более экологически обоснованную модель и понимание динамики качания на игровой площадке», — пишут исследователи.

Исследование опубликовано в Physical Review E.