李 灿 熊举峰

(湖南师范大学物理与电子科学学院，长沙410000)

一种名为“记忆合金发动机”的科学玩具最近火了起来，这种“发动机”能在热水中以较快的速度转动，其装置结构简单，操作方便，且具有很好的观赏性，通常用来做趣味性物理实验给观众带来视觉冲击和激发他们的无限遐想。如图1所示。

图1 “记忆合金发动机”展示

但是，为什么这种结构极其简单的装置，可以在水中飞快转动呢？难道真的是有什么超自然的魔力在趋使它转动吗？有人认为，可能是这两个轮子存在蹊跷；也有人认为可能是圈在两个轮子上的“丝”在发挥作用。当知道是“丝”在发生作用之后，多数人的理解是这根“丝”放在水中因为热胀冷缩而发生转动，这种解释似乎颇有道理，但是却仅仅停留在很浅显的表面现象上。为了揭开“发动机”转动的奥秘，本文从物理学的角度来定量分析到底有哪些因素影响了“发动机”的转动。

1 装置结构及演示方法

“记忆合金发动机”是由两个大小不同的铝制轮子以及一根由镍钛材料做成的记忆合金丝组成，如图2所示是将其拆开之后的结构，图3是其安装好之后的样子。

图2 “发动机”部件

图3 “发动机”模型

当把这种科学玩具向观众进行演示时，只需将玩具倾斜一定角度让小轮的部分浸入一定温度的热水中，就可以惊奇地看到小轮带动大轮转动起来；如果玩具是垂直放入热水中，则需要用手轻轻拨动一下轮子才会使其转动。其他情况如大轮浸入，则无论如何倾斜与拨动都无法使其转动。……