秋千运动在中国的历史相当悠久。远古时期,我们的灵长类祖先为了上树采摘野果、逃避或猎杀野兽在攀岩和奔跑中上树或越过鸿沟,出于本能机械地用手臂抓住蔓生植物,依靠藤条的摆动获取高处的食物,这使秋千有了原始的雏形。
经过长期的演进和进化,到了人类文明时代,许多地方都出现了早期的秋千,这一点在很多考古研究中都有所体现,例如希腊的米诺斯文明以及我国春秋时期北方的山戎民族等。荡秋千慢慢成为一种娱乐方式,样式也越来越多。
秋千是个物理现象
秋千实际上可以被看作简单的力学系统,它所受的外力有两个:一个是垂直向下的重力;另一个是沿着秋千绳方向的约束力。荡秋千最简单的玩法就是在秋千板上坐着,等着别人来用力推着荡。这时的秋千的运动类似于单摆的运动,但由于空气阻力以及摩擦阻力会阻碍秋千的摆动,因此秋千摆动的幅度会越来越小,直到停止。
如果此时一个人在旁边施加外力不断地推,就会使秋千越荡越高。当秋千荡到最高点时,顺着秋千继续摆动的方向施加一个外力,就能将秋千推得更高;但是如果施加一个与秋千运动方向相反的力,此时外力会阻碍秋千的运动从而使秋千的高度减小。
秋千如何越荡越高? 观察荡秋千时,我们可以发现,那些荡秋千越荡越高的人总有站起或下蹲的动作。这时虽然没有外力推动,但人所做的动作实际上增加了系统能量。因此,当考虑阻力时,只要人体动作转化为机械能的能量大于因克服阻力做功而消耗的能量,则秋千就会越荡越高。
人体和秋千系统的重心可以简化为一个质点,重心位置随着姿势的改变而发生改变,屈膝蹲下时重心偏低,而伸腿站起时重心偏高。秋千在高处,人如果是站立的,系统的重心最高,重力势能最大,动能最小。
由此看来,荡秋千也是要掌握方法的,在秋千下摆的过程中,屈膝下蹲降低重心,而上摆过程中,蹬腿站立抬高重心,就可以让秋千越荡越高。
(姚 旺)