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物体会从低向高运动?

2021-12-17

科学大观园 2021年24期

“锥体上滚”是科技馆中常见的学生比较感兴趣的展品,它的原理是重心的运动。虽然看到的现象好像是锥体在上滚,但是从侧面观察,锥体重心其实是下移的。造成错觉的原因是因为两条支撑杆虽然是向上抬起,但是杆间距离在不断增大,也就是说,杆支撑锥体的位置在向外移动,锥体的重心在锥体的内部整合中心上,具体位置在锥体的中心轴的中间,因此,从表面上看物体是由低向高运动,但这其实是锥体的形状以及导轨高低不等,给人造成了一种视觉错觉,实际上锥体的重心自始至终还是在下降。我们可以动手做个小实验体会一下。

空饮料瓶(1.5升)2个、中号漏斗2个、不锈钢光滑蚊帐撑杆(50cm长)2根、泡沫垫3块、透明胶布(或胶水)、剪刀(图1)。

(1)把2个空饮料瓶含瓶嘴部分(约占整瓶三分之一)用剪刀剪开,并用胶布粘在一起制成锥体,把2个漏斗用胶布粘在一起制成双锥体(图2)。

(2)高度大小合适的泡沫在泡沫的侧端自上而下间隔3厘米(孔离桌面分别约13.20厘米、10.20厘米),各挖两个孔。(图3)

(3)用2根撑杆及泡沫垫构建合适倾角斜坡。

几个角度控制好(关键3个角度:导轨的坡度角α、双轨道的夹角γ,双锥体的锥顶角β,满足tanβ/2tanγ/2tanα锥体会上滚)。本次实验双轨道的夹角γ约41度,斜坡矮侧离桌面高5.10cm,高侧离桌面高13.20cm 时,把漏斗锥体放至轨道顶角稍远点的地方,可观察到漏斗自动沿斜面爬升。

当斜坡矮侧离桌面高5.10cm,高侧离桌面高10.20cm 时,把饮料瓶双锥体放至离轨道顶角稍远点的地方,可观察到饮料瓶锥体自动沿斜面爬升。……

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