SlideShare a Scribd company logo
Physics 211 
Anran Chen 
Cole Christensen 
Margaux Pugh 
Ty Sterk 
 
Physics of Pole Vaulting 
 
Introduction 
 
Our project is an analysis of the sport of pole vaulting. We analyzed video footage (see 
references for link to video) of a pole vaulter in order to determine whether mechanical energy is 
conserved during a pole vault event. We analyzed the video using Logger Pro analysis software 
to determine the displacement of the pole vaulter. Additionally, we used the acquired data to 
determine his velocity in the y­direction (vertical), his potential energy based on how high he 
goes, and determined whether kinetic energy at the beginning is equal to potential energy at the 
highest point. First, we calculated a theoretical pole vault in which we showed that initial kinetic 
energy should equal the gravitational potential energy at the highest point of the pole vault. We 
calculated the experimental pole vault shown in the video in which we found the unknown 
horizontal velocity of the runner by calculating the necessary kinetic energy to transfer into the 
pole, back into the pole vaulter, and “spring” him up to the measured y­distance shown in the 
video, what we found surprised us.  
 
Theoretical Calculations 
 
The potential energy at the top of the pole vault, according to the law of conservation, should be 
equal to the total mechanical energy. To find this theoretical value, we determined the height of 
the pole vaulter as he went over the pole and his horizontal velocity at the top of the vault. The 
mass of the pole vaulter was estimated based on the weight recommendations for a thirteen 
foot pole, which was used in this video.  
 
Eq. 1: U = ­mgy 
U = ­77kg (­9.8 m/s^2) (2.8 m) 
U = 2100 J 
Eq. 2: K = ½ mv^2 
K = ½ (77 kg) (1.354 m/s)^2 
K = 71 J 
The total mechanical energy is the combination of the potential and kinetic energy at a single 
point. If mechanical energy of the system is conserved, then the kinetic energy of the pole 
vaulter running up for the vault would theoretically be 2171 J because there is no potential 
energy before the vault.  
Eq. 3: K = ½ mv^2 
2171 J = ½ (77 kg) v^2 
v = 7.5 m/s 
The theoretical velocity he must have run to have a initial kinetic energy of 2171 J is 7.5 m/s. 
We compare this theoretical initial kinetic energy and velocity to our calculations from the video 
data.  
 
Experimental Analysis 
 
The video we used for analysis uses a still camera focused just on the vault and the jump, not 
the run up. We ultimately calculated his initial kinetic energy through a backward calculation 
since his initial velocity running up could not be determined by the video. First, we calculated the 
spring constant of the pole, assuming that the pole functions similarly to a typical spring. As he 
is ascending when the pole is expanding, there are two forces acting on him, the gravitational 
force and the force upward applied by the pole. The acceleration “a” in eq. 4 is his average 
vertical acceleration as the pole is extending found from the video analysis. And the distance “x” 
is the displacement that the 13 foot pole was bent. 
 
Eq. 4:  F aΣ = m  
F​pole​ – F​grav​ = ma 
k(x) ­ mg = ma 
k(1.66 m) ­ 77 kg (­9.8 m/s^2) = 77 kg (1.096 m/s^2) 
k = ­403.7 N/m 
Using the calculated spring constant of the pole, we calculated the force needed to compress 
the pole a displacement of 1.66 m. 
Eq. 5: F​app​ = ­k(x) 
F​app​ = ­(­403.7 N/m) (1.66 m) 
F​app​ = 670 N 
Using the force the pole vaulter must have used to compress the pole in Eq. 5, we calculated 
his acceleration. 
Eq. 6: F​app​ = ma 
670 N = 77 kg (a) 
a = 8.7 m/s^2 
From his acceleration, we then found his horizontal velocity as he was running up to compress 
the pole. The change in time ( ) is the amount of time it took for the pole to go from straight totΔ  
being bent the furthest. 
Eq. 7: v/Δta = Δ  
.7 m/s v/0.6 s8 2 = Δ  
v .22 m/sΔ = 5  
Finally, we solved for his initial kinetic energy by using the velocity found above in Eq. 7: 
Eq. 8: /2 mvK = 1 2  
/2 (77 kg)(5.22)K = 1 2
 
049 JK = 1  
The initial velocity of the pole vaulter before he planted the pole was found to be 5.22 m/s and 
his initial kinetic energy was then found to be 1049 J using this method of backwards calculation 
(Eq. 4­8). 
 
Discussion 
 
From the previous calculations, we found that the initial velocity and kinetic energy of the pole 
vaulter running (Eq. 7 and 8) is significantly lower than the theoretical values (Eq. 1­3) under the 
assumption of energy conservation. There is potential for some errors in our calculations and a 
good amount of uncertainty due to certain assumptions that we made. For example, we 
assumed the pole acts like a typical spring but it very well might not exhibit the exact same 
spring behavior. Additionally, there is some uncertainty related to the method by which we 
calculated all of our figures since there are implicit errors related to video software. However, we 
would also imply that the pole vaulter somehow adds energy to the pole vault from some source 
other than the measurable kinetic energy through merely running up to the point where he sticks 
the pole in the ground. It is very plausible for the pole vaulter to add energy to the motion as he 
compresses the pole. It is not a far stretch to say that the average athlete could add 100 N of 
force with each arm at least the distance of each arm. This would account for roughly 500 J of 
work done by each arm and could easily be the source of our unaccounted for “extra” energy. 
Therefore, we are unable to determine whether or not mechanical energy is conserved 
throughout a pole vault because their is an added source of outside energy. Upon researching 
the potential cause of our added energy, we stumbled across an article in ​Popular Science 
magazine, “​So where does the extra energy come from? It's the same source that provides the 
energy for the sprint down the runway ­­ chemical potential energy stored in chemical bonds in 
the muscle cells of your body” (1). We conjecture that the extra energy comes from the pole 
vaulter himself and the chemical reactions that occur in his body.  
 
Conclusion 
 
We found in our theoretical calculations in section one that mechanical energy should be 
conserved throughout the motion of a pole vault. The initial kinetic energy of the run­up to the 
plant should be equal to the gravitational potential energy of the pole vaulter at the top of his 
motion. However, in our experimental analysis of an actual pole vaulting video we found that 
initial kinetic energy of the pole vaulter was significantly lower than the gravitational potential 
energy at the highest point of the motion. This implies that energy is added to the pole vaulter 
system from some outside source. As such, we were unable to determine whether or not 
mechanical energy was conserved throughout the pole vault because energy was brought into 
the system from some outside, non­mechanical (likely chemical) energy source.  
 
References 
  
1. Weiner, Adam. "Pole Power." ​Popular Science​. Popular Science, 2 Jan. 2009. Web. 25 
Nov. 2014. <​http://www.popsci.com/scitech/article/2009­01/pole­power​>. 
 
2. https://www.youtube.com/watch?v=PZUy_zpdemo 
 
 
 
 
 
 
 

More Related Content

What's hot

Packer's models of criminal justice
Packer's models of criminal justicePacker's models of criminal justice
Packer's models of criminal justice
sevans-idaho
 
Cyber Forensics Module 1
Cyber Forensics Module 1Cyber Forensics Module 1
Cyber Forensics Module 1
Manu Mathew Cherian
 
Digital Forensics
Digital ForensicsDigital Forensics
Digital Forensics
Nicholas Davis
 
computer forensic tools-Hardware & Software tools
computer forensic tools-Hardware & Software toolscomputer forensic tools-Hardware & Software tools
computer forensic tools-Hardware & Software tools
N.Jagadish Kumar
 
Drug trafficking
Drug traffickingDrug trafficking
Drug trafficking
soblondeitworks
 
Bảo đảm quyền bình đẳng trước pháp luật trong tố tụng hình sự
Bảo đảm quyền bình đẳng trước pháp luật trong tố tụng hình sựBảo đảm quyền bình đẳng trước pháp luật trong tố tụng hình sự
Bảo đảm quyền bình đẳng trước pháp luật trong tố tụng hình sự
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Processing Crimes and Incident Scenes
Processing Crimes and Incident ScenesProcessing Crimes and Incident Scenes
Processing Crimes and Incident Scenes
primeteacher32
 
Luận văn thạc sĩ các biện pháp ngăn chặn theo pháp luật tố tụng hình sự việt ...
Luận văn thạc sĩ các biện pháp ngăn chặn theo pháp luật tố tụng hình sự việt ...Luận văn thạc sĩ các biện pháp ngăn chặn theo pháp luật tố tụng hình sự việt ...
Luận văn thạc sĩ các biện pháp ngăn chặn theo pháp luật tố tụng hình sự việt ...
jackjohn45
 
Digital forensics
Digital forensics Digital forensics
Digital forensics
vishnuv43
 

What's hot (9)

Packer's models of criminal justice
Packer's models of criminal justicePacker's models of criminal justice
Packer's models of criminal justice
 
Cyber Forensics Module 1
Cyber Forensics Module 1Cyber Forensics Module 1
Cyber Forensics Module 1
 
Digital Forensics
Digital ForensicsDigital Forensics
Digital Forensics
 
computer forensic tools-Hardware & Software tools
computer forensic tools-Hardware & Software toolscomputer forensic tools-Hardware & Software tools
computer forensic tools-Hardware & Software tools
 
Drug trafficking
Drug traffickingDrug trafficking
Drug trafficking
 
Bảo đảm quyền bình đẳng trước pháp luật trong tố tụng hình sự
Bảo đảm quyền bình đẳng trước pháp luật trong tố tụng hình sựBảo đảm quyền bình đẳng trước pháp luật trong tố tụng hình sự
Bảo đảm quyền bình đẳng trước pháp luật trong tố tụng hình sự
 
Processing Crimes and Incident Scenes
Processing Crimes and Incident ScenesProcessing Crimes and Incident Scenes
Processing Crimes and Incident Scenes
 
Luận văn thạc sĩ các biện pháp ngăn chặn theo pháp luật tố tụng hình sự việt ...
Luận văn thạc sĩ các biện pháp ngăn chặn theo pháp luật tố tụng hình sự việt ...Luận văn thạc sĩ các biện pháp ngăn chặn theo pháp luật tố tụng hình sự việt ...
Luận văn thạc sĩ các biện pháp ngăn chặn theo pháp luật tố tụng hình sự việt ...
 
Digital forensics
Digital forensics Digital forensics
Digital forensics
 

Physicprojectof211