动量秋千的制作方法

本发明涉及一种动量秋千，尤其是安全的、具趣味性和刺激性的、运动量更大的、蕴含更多物理知识的动量秋千。

背景技术：

传统秋千对增强肌肉力量、发展身体协调性、培养勇敢精神都有很好的作用，但其存在一些不足。

其一，不安全，人从秋千板落到地面上，会产生严重后果。现在采用的办法是缩短秋千绳。这么一改，趣味性和刺激性大打折扣，不但危险未消除，中青年人对其兴味索然，玩者几乎绝迹。

其二，长期没有创新和变化，趣味性不浓；始终前后摆动，运动单调，刺激性不强。中青年人对其兴致索然。

其三，秋千板的质量小，摆动其和人体自身，运动量不大，人体能量消耗小。对喜欢大运动量的人来说，对追求减肥的人来说，不屑一顾。

其四，摆动过程中，感性认识到的只是动能与重力势能的相互转化和做功与能量的转化；观察到的，对小孩来说是摆的模型，对中学生来说是单摆模型，对大学生来说是复摆模型。物理内容和物理模型少，激发科学兴趣的作用不大。

克服上述缺点，是创新者追求的目标，也是人们的殷切企盼。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种安全的、具趣味性和刺激性、运动量更大、蕴含更多物理知识和物理模型的动量秋千；另一个要解决的问题是使用该动量秋千的方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种动量秋千，由支架、轨道车、秋千绳、秋千板、沙坑、沙子、伸缩板组成。

支架由钢轨、立柱、挡块、枕木构成。

位于同一水平面上的两钢轨相互平行，这两钢轨的同名端齐平，这两钢轨的距离大于人体的横向宽度；这两钢轨的纵向两端分别固紧搁置在两横向枕木之一上，该枕木的横向两端面与邻近的钢轨的距离相等。

挡块含迎碰体、垂耳、钩板；两挡块之一上部的迎碰体呈长方体形，其横向长度大于两钢轨外侧向面之间的距离，其下表面横向搁置在这两钢轨上板的上表面上；该迎碰体横向两头之一竖直向下伸出垂耳，该垂耳的内侧向面邻近相应位置钢轨的外侧；水平钩板的外端与该垂耳的下端连为一体，该钩板的上表面与相应位置的钢轨下板的下表面接触；螺栓的上端从下向上竖直穿过该钩板上的圆孔后，再旋进相应位置该迎碰体下表面上的螺孔内，将该钢轨夹紧在该迎碰体与该钩板之间；这两挡块上迎碰体彼此相对的竖直表面具有弹性。

钢轨的两端之一的下方隔着枕木竖立立柱，该立柱的下端与相应位置地面固紧连接，其上端面与相应位置枕木的下表面固紧连接；两枕木之一由两根立柱支撑。

轨道车位于两挡块之间的两钢轨上，其含车厢、轨道轮、轮轴、轴承轴、轴承。

车厢由两块矩形侧板、一块矩形前板、一块矩形后板围成上、下均敞开的长方体形，该侧板的纵向长度大于前板的横向宽度，该前板的横向宽度小于支架上两钢轨内侧向面之间的距离，该前板或该后板用弹性材料制造。

横向轴承轴插入车厢上两侧板纵向中央偏下的对应圆孔中，其轴线与这两侧板之一的侧面垂直，其两端分别与这两侧板之一固紧连接。

两个轴承安装在车厢上两侧板之间的轴承轴上，这两个轴承分别接近这两侧板之一的内侧向面，其间距离大于人体的横向宽度；这两个轴承之一的内圈与该轴承轴固紧连接。

两根横向轮轴之一穿过车厢上两侧板上的对应圆孔，其两端分别从这两侧板之一向外伸出，其轴线与这两侧板之一的侧面垂直，其与这两侧板之一固紧连接，或者分别与这两侧板之一固定连接在一起；这两根轮轴分别位于所述车厢上轴承轴的前方和后方，且与该轴承轴等距，这两根轮轴的轴线位于同一水平面上。

轨道轮为阶梯轮，其由小轮和大轮同轴构成；车厢上两轮轴之一的两伸出端上各安装一个轨道轮，该轨道轮上的小轮位于其上大轮的外侧；轮轴与安装其上的轨道轮固紧连接，或者与安装其上的轨道轮固定连接在一起；该车厢上共有四个轨道轮；轨道轮上的小轮活动搁置在相应位置钢轨上板的上表面上，该轨道轮上的大轮的圆面与相应位置车厢侧板的外侧向面对置，该大轮露出的环形面的下部与相应位置该钢轨上板的内侧向面活动接触。

轨道车在其上轨道轮的协同配合下，在两挡块之间的两钢轨上可沿这两钢轨运动，当其车厢的前板或后板与这两挡块之一的迎碰体碰撞时，该碰撞为弹性碰撞。

秋千板上有吊环螺钉、螺母。

秋千板的横向长度大于轨道车上两轴承的距离；该秋千板的横向两端之一安装两个吊环螺钉，这两个吊环螺钉接近该秋千板的端面，且又分别接近该秋千板的前后两侧面之一；分别位于该秋千板两端的且又接近该秋千板前侧面或后侧面的两个吊环螺钉的距离等于这两轴承的距离；该吊环螺钉含吊环和螺杆，该吊环下面的该螺杆位于相应位置该秋千板的竖直圆孔内，其下端与该秋千板下表面上的螺母固紧连接，从而该吊环螺钉与该秋千板固紧连接在一起。

两秋千绳之一的上端固紧连接在绳套内，下端向下分叉两条等长叉绳；这两秋千绳上的绳套的上端面分别与相应位置的轨道车上两轴承之一外圈的外圆周表面固紧连接；一条秋千绳的两叉绳的下端分别与相应位置的该秋千板一端的两个吊环螺钉之一的吊环固紧连接，另一条秋千绳的两叉绳的下端分别与相应位置的该秋千板另一端的两个吊环螺钉之一的吊环固紧连接。

支架上两钢轨的下方地面上有一个矩形公知沙坑，在该沙坑里填满沙子；在该沙坑的前方或后方地面上固紧安装公知伸缩板，该伸缩板的纵向长度大于该沙坑纵向长度的一半；该伸缩板伸出时，其纵向中线位于这两钢轨纵向中线的正下方，其下表面与沙坑中的沙子接触；该伸缩板缩回时，其全部位于地面上。

使用动量秋千的方法是这样的：

荡秋千人的初动量为零：伸缩板向沙坑中伸出，轨道车静止在两挡块之间中部的钢轨上，人通过该伸缩板站立到静止的秋千板上，然后该伸缩板缩回；人体晃动并带动该秋千板前后微小摆动，当该秋千板从高处向低处运动时，该人先下蹲接着站立，该秋千板和该轨道车开始振动且振幅逐渐增大，但该轨道车的运动方向与该秋千板的摆动方向相反；当该人停止动荡，该秋千板在阻力作用下静止时，该伸缩板向沙坑中伸出，人从该秋千板下到该伸缩板上，再通过该伸缩板从沙坑走到地面，然后将该伸缩板缩回。

荡秋千人的初动量不为零：伸缩板向沙坑中伸出，轨道车静止在钢轨上且与该伸缩板上方的后方挡块接触，人沿该伸缩板向着静止的秋千板跑动，跑到该秋千板附近时跳上该秋千板并抓住秋千绳，该伸缩板缩回，该秋千板连同人一起开始摆动；当该秋千板从高处向低处运动时，该人先下蹲接着站立，该秋千板振幅逐渐增大，该轨道车时而加速时而减速且逐渐接近前方的挡块，直到与其碰撞后改为反向运动；该轨道车反向运动后可能半途折转再与前方的挡块碰撞，甚至接连多次碰撞，也可能逐渐接近该后方的挡块直到与其碰撞；此后该轨道车的运动依此类推，而该秋千板连同该人前后摆动；当该人停止动荡，该秋千板在阻力作用下静止时，该伸缩板向沙坑中伸出，人从该秋千板下到该伸缩板上，再通过该伸缩板从沙坑走到地面，然后将该伸缩板缩回。

采用这样的结构后，由于有沙坑中沙子的保护，较传统秋千，安全性显著提高。

采用这样的结构后，由于秋千绳的上端随轨道车运动，由于轨道车有多种运动方式，较传统秋千其更具趣味性和刺激性，对中青年人具有较大吸引力。

采用这样的结构后，人摆动的不只秋千板和自身，还有轨道车，较传统秋千，其运动量更大。

采用这样的结构后，在运动中，不但体验了动能与重力势能的相互转化、做功引发能量的转化，而且较传统秋千增加了对动量守恒、能量守恒等现象的感性认识；在运动中，不但观察了碰撞模型、物体相互作用模型，而且操作了能量转化模型、动量守恒模型；在运动中，不但参与了复杂物理过程，而且激发了科学兴趣。有了这些体验、观察、操作、参与，为感性认识升华为理性认知奠定了基础，为提高国民的科学素质创造了条件。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1是动量秋千的侧视示意图，但沙坑、沙子、伸缩板未画出。

图2是动量秋千的后视示意图，但其中的车厢后板已从车厢上脱离。

图3是沿图1中A-A线所取的挡块的横断面示意图。

具体实施方式

如图1至图3各图所示，一种动量秋千，由支架、轨道车1、秋千绳4、秋千板5、沙坑、沙子、伸缩板组成。

如图1、图2所示，支架由钢轨2、立柱3、挡块15、枕木16构成。

如图1、图2所示，位于同一水平面上的两钢轨2相互平行，这两钢轨2的同名端齐平，这两钢轨2的距离大于人体的横向宽度。这两钢轨2的纵向两端分别固紧搁置在两横向枕木16之一上，该枕木16的横向两端面与邻近的钢轨2的距离相等。

如图3所示，挡块15含迎碰体15a、垂耳15b、钩板15c。两挡块15之一上部的迎碰体15a呈长方体形，其横向长度大于两钢轨2外侧向面之间的距离，其下表面横向搁置在这两钢轨2上板的上表面上。该迎碰体15a横向两头之一竖直向下伸出垂耳15b，该垂耳15b的内侧向面邻近相应位置钢轨2的外侧。水平钩板15c的外端与该垂耳15b的下端连为一体，该钩板15c的上表面与相应位置的钢轨2下板的下表面接触。螺栓17的上端从下向上竖直穿过该钩板15c上的圆孔后，再旋进相应位置该迎碰体15a下表面上的螺孔内，将该钢轨2夹紧在该迎碰体15a与该钩板15c之间。这两挡块15上迎碰体15a彼此相对的竖直表面具有弹性。

如图1、图2所示，钢轨2的两端之一的下方隔着枕木16竖立立柱3，该立柱3的下端与相应位置地面固紧连接，其上端面与相应位置枕木16的下表面固紧连接。两枕木16之一由两根立柱3支撑。

如图1、图2所示，轨道车1位于两挡块15之间的两钢轨2上，其含车厢、轨道轮6、轮轴7、轴承轴8、轴承9。

如图1、图2所示，车厢由两块矩形侧板1a、一块矩形前板、一块矩形后板围成上、下均敞开的长方体形，该侧板1a的纵向长度大于前板的横向宽度，该前板的横向宽度小于支架上两钢轨2内侧向面之间的距离，该前板或该后板用弹性材料制造。

如图2所示，横向轴承轴8插入车厢上两侧板1a纵向中央偏下的对应圆孔中，其轴线与这两侧板1a之一的侧面垂直，其两端分别与这两侧板1a之一固紧连接。

如图2所示，两个轴承9安装在车厢上两侧板1a之间的轴承轴8上，这两个轴承9分别接近这两侧板1a之一的内侧向面，其间距离大于人体的横向宽度。这两个轴承9之一的内圈与该轴承轴8固紧连接。

如图1、图2所示，两根横向轮轴7之一穿过车厢上两侧板1a上的对应圆孔，其两端分别从这两侧板1a之一向外伸出，其轴线与这两侧板1a之一的侧面垂直，其与这两侧板1a之一固紧连接，或者分别与这两侧板1a之一固定连接在一起。这两根轮轴7分别位于所述车厢上轴承轴8的前方和后方，且与该轴承轴8等距，这两根轮轴7的轴线位于同一水平面上。

如图1、图2所示，轨道轮6为阶梯轮，其由小轮6a和大轮6b同轴构成。车厢上两轮轴7之一的两伸出端上各安装一个轨道轮6，该轨道轮6上的小轮6a位于其上大轮6b的外侧。轮轴7与安装其上的轨道轮6固紧连接，或者与安装其上的轨道轮6固定连接在一起。该车厢上共有四个轨道轮6。轨道轮6上的小轮6a活动搁置在相应位置钢轨2上板的上表面上，该轨道轮6上的大轮6b的圆面与相应位置车厢侧板1a的外侧向面对置，该大轮6b露出的环形面的下部与相应位置该钢轨2上板的内侧向面活动接触。

如图1所示，轨道车1在其上轨道轮6的协同配合下，在两挡块15之间的两钢轨2上可沿这两钢轨2运动，当其车厢的前板或后板与这两挡块15之一的迎碰体15a碰撞时，该碰撞为弹性碰撞。

说明：没有动能损失的碰撞为弹性碰撞。由于两挡块15上迎碰体15a彼此相对的竖直表面具有弹性，由于轨道车1车厢的前板或该后板用弹性材料制造，为该轨道车1与这两挡块15之一碰撞时没有动能损失创造了条件。

如图2所示，秋千板5上有吊环螺钉12、螺母14。

如图2所示，秋千板5的横向长度大于轨道车1上两轴承9的距离。该秋千板5的横向两端之一安装两个吊环螺钉12，这两个吊环螺钉12接近该秋千板5的端面，且又分别接近该秋千板5的前后两侧面之一。分别位于该秋千板5两端的且又接近该秋千板5前侧面或后侧面的两个吊环螺钉12的距离等于这两轴承9的距离。该吊环螺钉12含吊环12a和螺杆12b，该吊环12a下面的该螺杆12b位于相应位置该秋千板5的竖直圆孔内，其下端与该秋千板5下表面上的螺母14固紧连接，从而该吊环螺钉12与该秋千板5固紧连接在一起。

如图2所示，两秋千绳4之一的上端固紧连接在绳套10内，下端向下分叉两条等长叉绳11。这两秋千绳4上的绳套10的上端面分别与相应位置的轨道车1上两轴承9之一外圈的外圆周表面固紧连接。一条秋千绳4的两叉绳11的下端分别与相应位置的该秋千板5一端的两个吊环螺钉12之一的吊环12a固紧连接，另一条秋千绳4的两叉绳11的下端分别与相应位置的该秋千板5另一端的两个吊环螺钉12之一的吊环12a固紧连接。

支架上两钢轨2的下方地面上有一个矩形公知沙坑，在该沙坑里填满沙子。在该沙坑的前方或后方地面上固紧安装公知伸缩板，该伸缩板的纵向长度大于该沙坑纵向长度的一半。该伸缩板伸出时，其纵向中线位于这两钢轨2纵向中线的正下方，其下表面与沙坑中的沙子接触。该伸缩板缩回时，其全部位于地面上。

说明：虽然可用软垫取代沙坑、沙子、伸缩板，但下雨时需要将笨重软垫抬到室内，既费力又不方便，故未采用该方案。

使用动量秋千的方法是这样的：

荡秋千人的初动量为零：如图1所示，伸缩板向沙坑中伸出，轨道车1静止在两挡块15之间中部的钢轨2上，人通过该伸缩板站立到静止的秋千板5上，然后该伸缩板缩回。人体晃动并带动该秋千板5前后微小摆动，当该秋千板5从高处向低处运动时，该人先下蹲接着站立，该秋千板5和该轨道车1开始振动且振幅逐渐增大，但该轨道车1的运动方向与该秋千板5的摆动方向相反。当该人停止动荡，该秋千板5在阻力作用下静止时，该伸缩板向沙坑中伸出，人从该秋千板5下到该伸缩板上，再通过该伸缩板从沙坑走到地面，然后将该伸缩板缩回。

说明：忽略阻力的情况下，轨道车1、秋千板5、该秋千板5的人组成的系统的总动量始终为零，因而该轨道车1的运动方向与该秋千板5的摆动方向相反。

荡秋千人的初动量不为零：如图1所示，伸缩板向沙坑中伸出，轨道车1静止在钢轨2上且与该伸缩板上方的后方挡块15接触，人沿该伸缩板向着静止的秋千板5跑动，跑到该秋千板5附近时跳上该秋千板5并抓住秋千绳4，该伸缩板缩回，该秋千板5连同人一起开始摆动。当该秋千板5从高处向低处运动时，该人先下蹲接着站立，该秋千板5振幅逐渐增大，该轨道车1时而加速时而减速且逐渐接近前方的挡块15，直到与其碰撞后改为反向运动。该轨道车1反向运动后可能半途折转再与前方的挡块15碰撞，甚至接连多次碰撞，也可能逐渐接近该后方的挡块15直到与其碰撞。此后该轨道车1的运动依此类推，而该秋千板5连同该人前后摆动；当该人停止动荡，该秋千板5在阻力作用下静止时，该伸缩板向沙坑中伸出，人从该秋千板5下到该伸缩板上，再通过该伸缩板从沙坑走到地面，然后将该伸缩板缩回。

说明：忽略阻力的情况下，第一次碰撞前轨道车1、秋千板5、该秋千板5的人组成的系统的总动量始终等于该人跳上秋千板5时该人的动量。碰撞时该系统受碰撞力作用，碰撞力是外力，不可忽略，因此碰撞后该系统的总动量改变，但该轨道车1从第一次碰撞到第二次碰撞，该系统的总动量等于第一次碰撞结束时该系统的总动量。接下来该轨道车1发生第三次碰撞，碰撞后该系统的总动量改变，但该轨道车1从第二次碰撞到第三次碰撞，该系统的总动量等于第二次碰撞结束时该系统的总动量。

该轨道车1与前方的挡块15第一次碰撞后改变运动方向，接着不一定与后方的挡块15第二次碰撞，也可能中途折转后仍然与前方的挡块15第二次碰撞，甚至接连多次碰撞。理论计算虽准确结论，但摆动时是无法预料的。

空气阻力和摩擦阻力客观存在，但这两种阻力很小，忽略不计，就是忽略次要因素，突出主要因素，系统还是近似遵循动量守恒定律。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明。本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化，仍属于本发明的范围。