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“克服重力”的漏斗

2019-10-28段玉佩

知识就是力量 2019年10期
关键词:滚轴长条木条

段玉佩

实验材料

两个漏斗(形状和大小一样),2根长条木板(大约3厘米左右厚,可以侧面竖立在平面上),一本厚书(3厘米左右厚),胶带

实验步骤

1.将两个一模一样的漏斗,底部贴合,对接在一起,用胶带固定住,组合成为一个滚轴。

2.把你准备好的厚书放在桌子的一端。

3.将一根长条木板侧立,一端放置在厚书之上,另一端接触桌面。这样就形成了一条一端高,一端低的轨道。

4.再将另外一根长条木板如法炮制,但在摆放位置上需要注意:在厚书上的那一端,两个木条之间的距离要尽量调宽——但最宽不可以超过漏斗滚轴的长度。桌面上的另一端,也就是低处的那端,两根木条之间的距离要尽量调近——但最近也要保证漏斗滚轴不会脱离木条轨道,滚出去。

5.在设置两根木条的时候,还有一个建议,就是让观众的视线和木条尽量保持水平。这样,观众的眼中就只可以看到最外侧的木条,而无法发现两根木条之间并不是平行摆放的。一切就绪后,你就可以把漏斗滚轴放置在观众看起来木条位置较低的那一端了。接下来发生了什么奇妙的事情呢?漏斗滚轴向高处滚去!

实验原理

为什么观众眼中的漏斗滚轴看起来会从低向高运动呢?其实从操作者的视角观察,其道理是一目了然的。之所以从观察者的视角来看,漏斗滚轴好像是克服了重力,自动地从低处向高处滚动,原因就在于我们用的是漏斗滚轴,而不是圆柱滚轴——前者在木条上滚动的时候,由于木条两端开合的距离不同,漏斗滚轴一直在做重心向下移动的运动。如果换成圆柱滚轴,则不会出现类似的“奇特现象”。

这里涉及一个物理学中的概念——重心。重心就是指物體质量集中的那个点。漏斗滚轴的重心在哪儿?是在两个漏斗底部结合圆面的圆心上。再操作一次,仔细观察你就会发现,虽然漏斗滚轴“不走寻常路”,从低处滚向高处,但其重心实际上是不断下降的,这是两根木条一端开口大,一端开口小导致的。

实验升级

了解了实验的原理后,你还可以挑战一下自己,将漏斗中的不同部位贴一些橡皮泥,刚才“克服重力”的现象,还可以重复吗?贴了橡皮泥的漏斗滚轴的重心,有了怎样的变化呢?

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