李可妤，徐 蕾，钟 鸣

(南京师范大学 物理科学与技术学院，江苏 南京 210023)

在演示平衡和惯性的实验中，有一类非常有趣的实验，例如，把硬币一个个叠起，看看谁能使叠的硬币伸出底面最多？把硬币堆叠成直立的塔，快速击打最下层的硬币，看看谁能保证上层的塔不倒？在有趣的实验现象和定性解释背后，保持平衡的条件究竟和哪些因素有关，值得更为深入的探讨. 为此，设计了不倒塔的实验装置，通过实验进行定量探究.

1 实验设计与原理

1.1 实验装置设计

首先搭建整体装置，把几个相同的圆盘上下整齐地叠放在桌面上，形成直立的塔. 考虑到直接击打较难准确控制力的大小、方向以及作用时间，采用了替代方法：将轻绳一端连接重物瓶，穿过定滑轮后连接到最底层的圆盘上,如图1所示.

图1 实验装置示意图

通过突然释放重物瓶来等效替代击打最底层的圆盘，可以通过改变重物瓶的质量以改变突然施加的水平力的大小，降低测量的难度，保证可重复性.

1.2 实验现象

在实验中可以观察到，当塔层形状相同时，改变瓶中重物的质量会影响最下层塔抽出的时间，进而影响塔是否能够保持直立不倒. 当外加水平力越大，抽取时间越短，上方的塔身受到的影响就越小，塔越能保持稳定.

以地面为参考系，建立二维平面xy坐标系，其中x方向为水平方向，y方向为竖直方向. 标记每层塔的中心位置，拍摄实验视频，采用Tracker软件记录数据，对层数为4的塔的整体运动情况进行分析.