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手机计步

2022-05-20薛海凤

科学大观园 2022年9期
关键词:盒盖锤头陀螺仪

薛海凤

汽车紧急刹车时,车上乘客为什么会不自觉地往前倾?跳远运动员为何需要助跑?百米赛跑冲到终点后为什么很难马上停下来?每天走了多少步,智能手机、手表是如何算出来的?

这一切都与惯性有关。惯性,是物质的一种固有属性,它存在于每一个有质量的物体中。无论是固体、液体或气体,无论物体是运动还是静止,都具有惯性。惯性指物体具有保持原来静止状态或匀速直线运动状态的一种性质,即一切物体在没有受到任何力作用时,总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非是作用在它上面的力迫使它改变这种状态。我们把物体保持运动状态不变的属性叫作惯性。惯性代表了物体运动状态改变的难易程度。惯性的大小只与物体的质量有关。质量大的物体运动状态相对难于改变,也就是惯性大;质量小的物体运动状态相对更容易改变,也就是惯性小。

惯性在生活中的应用随处可见。跳远运动员的助跑是为获得较大速度从而离地时由于惯性继续前冲。锤头松动了,可把锤头倒过来将锤柄撞击坚硬地面几下,当锤头和锤柄以一定的速度向下运动时,锤柄首先触地,状态改变,而锤头由于惯性仍旧向下运动就紧紧箍在锤柄上了,利用的也是惯性。拍打衣服或抖动衣服,可将衣服上的灰尘抖落下来,这个日常小动作同样蕴含了惯性。灰尘是附着在衣服上的,当我们用力甩动衣服,灰尘和衣服一起运动,而衣服突然停止时,灰尘仍要保持原来的运动就会离开衣服,这就是利用了灰尘的惯性。

惯性的应用很广泛,人们有时要利用惯性,有时却要防止惯性带来的危害。汽车紧急刹车或者突然停下时,车上的乘客往往会不自觉地往前倾斜,严重时撞上前面物体或冲出车外,带来安全风险。这是因为原本人车一起向前运动,当车突然减速或停下,人下部由于摩擦力跟着减速或停下,而人上身由于惯性要保持原来的运动状态,身体自然就向前倾倒。因而汽车乘客要系安全带,车辆行驶要保持安全距离。地震时灾区交通通道堵塞需空投物资,投放物资时并不是在指定点的正上方投放,而是还未到目标地就得提前投放,这是因为被抛下的物资具有惯性,有跟投放瞬间飞机一样的水平速度,故物资在空中做抛物线运动。这是惯性导致空投物质的一个障碍。

随着科技进步,惯性更多地参与到人们的日常生活中,带给人们前所未有的精彩生活。因为惯性,所有具有高速自旋的物体都具有方向的稳定性,这也是陀螺仪保持稳定的原理。科学家發现高速自转的物体,其自转轴都能用来判别或标示一定的方向。人们常使用智能手机的计步功能进行步数监测就利用了惯性。智能手机内安装有惯性陀螺仪装置,其中的旋转物或滑块结构,就是对惯性原理的运用。当手机随着人的走动而发生上下、前后、左右等空间位置变化时,机体内的陀螺仪旋转体或滑块因惯性作用,并不能时刻随机体空间位置变化而立即发生改变,依然要保持原来的运动或静止状态,即保持原有的空间方向或位置,于是手机机体与陀螺仪旋转体的轴线就会出现偏差,或迫使陀螺仪中的惯性滑块与原有的空间位置出现位移,从而引起电路中电流或电压等信息变化,手机通过这个变化就“感知”出方向的改变。手机或数码相机拍摄中的防抖功能,智能手机拥有的“摇一摇”找朋友、“发红包”等功能,也离不开陀螺仪的惯性定位基础元件的作用。手机具有的智能化的导航功能也是靠惯性陀螺仪和角速度计、加速度计共同作用实现的。汽车、飞机航行、轮船远洋、无人驾驶,火箭和导弹的发射与飞行等很多领域,都离不开惯性陀螺仪等的定位导航功能。

我们应该正确认识惯性,运用好惯性,避免惯性不好的方面,让我们的生活变得更加美好。

象棋、茶叶罐盒盖、唇膏、直尺、玻璃杯、硬壳纸、熟鸡蛋、装满水的矿泉水瓶

横扫棋子:

几个象棋子竖直叠放在一起,用尺子迅速打跑最下面一个,上面的棋子几乎还是整齐摞在一起。

鸡蛋落杯:

玻璃杯上放张硬壳纸,纸上放个熟鸡蛋,迅速敲打硬壳纸,纸飞出,蛋落杯中。

简易模拟汽车启动及刹车人状态:

茶叶罐盒盖上竖直放支唇膏,迅速拉动盒盖,发现唇膏后倒。若前方放个障碍物,运动的盒盖遇障碍物突然停下,发现唇膏前倾。

气泡哪边动:

装满水的矿泉水瓶中有个气泡,迅速朝前拉动矿泉水瓶,发现气泡不是后退,反而前进。矿泉水瓶突然停下,气泡不是前行,而是后退。

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