Батутът изглежда като просто забавление, но всъщност е сложен масив от най-основните закони на физиката. Скачането нагоре и надолу е класически пример за запазване на енергията, от потенциал в кинетичен. Той също така показва законите на Хук и пролетната константа. Освен това той проверява и илюстрира всеки от трите закона за движение на Нютон.
Кинетична енергия
Кинетичната енергия се създава, когато обект с известно количество маса се движи с дадена скорост. С други думи, всички движещи се обекти имат кинетична енергия. Формулата за кинетична енергия е следната: KE = (1/2) mv ^ 2, където m е маса, а v е скорост. Когато скачате на батут, тялото ви има кинетична енергия, която се променя с течение на времето. Докато скачате нагоре и надолу, кинетичната ви енергия се увеличава и намалява с вашата скорост. Кинетичната ви енергия е най-голяма, точно преди да ударите батута по пътя надолу и когато оставите повърхността на батута по пътя нагоре. Кинетичната ви енергия е 0, когато достигнете височината на скока си и започнете да се спускате и когато сте на батута, на път да се насочите нагоре.
Потенциална енергия
Потенциалната енергия се променя заедно с кинетичната енергия. По всяко време общата ви енергия е равна на вашата потенциална енергия плюс вашата кинетична енергия. Потенциалната енергия е функция на височината и уравнението е следното: PE = mgh където m е маса, g е гравитационната константа и h е височина. Колкото по-висок сте, толкова повече потенциална енергия имате. Когато напуснете батута и започнете да пътувате нагоре, кинетичната ви енергия намалява, колкото по-нагоре вървите. С други думи, забавяте се. Докато забавяте и набирате височина, кинетичната ви енергия се прехвърля в потенциална енергия. По същия начин, докато падате, височината ви намалява, което намалява потенциалната ви енергия. Това намаление на енергията съществува, защото вашата енергия се превръща от потенциална енергия в кинетична. Прехвърлянето на енергия е класически пример за запазване на енергията, който гласи, че общата енергия е постоянна във времето.
Законът на Хук
Законът на Хук се занимава с извори и равновесие. Батутът е основно еластичен диск, който е свързан с няколко пружини. Когато кацнете на батута, пружините и повърхността на батута се разтягат в резултат на силата на тялото ви да кацне върху него. Законът на Хук гласи, че пружините ще работят, за да се върнат в равновесие. С други думи, пружините ще се изтеглят обратно спрямо тежестта на тялото ви, докато кацате. Големината на тази сила е равна на тази, която упражнявате върху батута, когато кацате. Законът на Хук е посочен в следното уравнение: F = -kx където F е сила, k е константата на пружината и x е изместване на пружината. Законът на Хук е просто друга форма на потенциална енергия. Точно както батутът е на път да ви задвижи, така и вашата кинетична енергия е 0, но потенциалната ви енергия е максимална, въпреки че сте на минимална височина. Това е така, защото вашата потенциална енергия е свързана с пролетната константа и закона на Хук.
Законите за движение на Нютон
Скачането на батут е отличен начин да илюстрирате и трите закони на Нютон. Първият закон, който гласи, че даден обект ще продължи движението си, освен ако не е действан от външна сила, е илюстриран от факта, че не скочвате в небето, когато скачате нагоре и че не летите през дъното на батута, когато слезеш. Гравитацията и пружините на батута ви карат да подскачате. Вторият закон на Нютон илюстрира как скоростта ви се променя с основното уравнение на F = ma, или силата е равна на масата, умножена по ускорение. Това просто уравнение се използва за намиране на уравненията за кинетична енергия, където ускорението е просто гравитация. Третият закон на Нютон гласи, че при всяко действие има една противоположна реакция. Това е илюстрирано от закона на Хук. Когато пружините са опънати, те проявяват равна и противоположна сила, притискайки обратно в равновесие и ви задвижвайки във въздуха.
