做一个反重力魔术球,让物理老师惊呆 | 科学DIY
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球在斜坡上会往下麻溜地滚,这个是个常识吧。
可是今天,我们就来制作一个逆天的小球,它还可以和重力讲讲道理,不像别人家的球一样,对重力毫无抵抗力。
完成以后,你就可以惊呆你的物理老师和同学了!
关键概念
粘度、力矩
材料和工具
1个球空壳(扭蛋那种),没有的话用圆柱形的塑料瓶代替
洗洁精
记号笔(可选)
强力胶
1粒玻璃珠/钢珠
比较硬的木板,或者一本比较大的书
操作步骤
1. 在空球壳里放入玻璃珠,然后倒入一些洗洁精。洗洁精大约占球的1/3-1/2,然后把球盖好,让球里有空气,有洗洁精,有玻璃珠。接着用胶水把接口密封,防止洗洁精流出。
注意:如果没有球壳,也可以用塑料瓶代替,里面也要有玻璃珠和洗洁精。
2. 用记号笔把球的表面涂黑,使人从外面看不出里面有什么。
3. 用木板或者书本做成一个大约4度的斜坡。
4. 把球放在斜坡顶端,然后撒手,看它是怎么滚的吧!
实验原理
不想做实验的话会损失很多乐趣,不过可以通过下面的视频补偿:
https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=i1329ygutxd&width=500&height=375&auto=0
你会观察到,这个球滚得慢悠悠的,特别有耐心,还一步三回头,差不多1分钟才能前进几厘米。这是怎么什么操作?
实际上,这个滚得特别慢的球叫做蜗牛球(snail ball)。有些玩具店可以买到成品。
蜗牛球的耐性特别好的秘诀在于内部的洗洁精。
要完美地解释蜗牛球的原理需要用到很多数学。用简单的语言解释的话,就是粘度很大的洗洁精可以阻碍玻璃珠的运动,所以蜗牛球的重心只能缓慢移动,这就是蜗牛球滚得慢的原因。
如果你不满足这个解释,那么你需要了解一个物理学的基本知识,就是力矩。
力矩就是使物体绕着某个点或轴转动的扭转力。
你可以先想象一下一个静止的蜗牛球在平地上开始滚动时的样子,就像下面这张图左边蓝色的球一样。
静止的时候,黑色的玻璃球位于蜗牛球的底部。
假设蜗牛球向右滚了一小段距离,因为洗洁精粘度大,玻璃球还来不及沉到新的底部,因此会运动到蜗牛球左下角的地方(灰色的小球)。
此时的玻璃球压迫蜗牛球壳,给蜗牛球一个逆时针旋转的力矩,这个力矩可以阻碍蜗牛球向右滚动。所以放在平地上的话,蜗牛球滚一会儿就得停下来。
放到斜坡上时,道理也是差不多的。
亲爱的小伙伴们,
你有没有尝试“蜗牛球”?
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图片及参考资料来源:
https://www.maa.org/sites/default/files/Wagon-MMz-201035524.pdf