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当正经玩小编接到爬山邀请 | 正经玩

Shiny&Tom 中科院物理所 2020-09-09

小编最近收到了一个好友请求



刚看到时的心情只能用两个字形容



作为学物理的小编

需要想个办法保证自己的安全

突然看到了桌上的吸管

顿时来了灵感



实验器材


所标杯、吸管、胶布、绳子、剪刀、扑克牌

实验过程




首先把吸管剪成两端



用胶布把两段吸管粘在纸牌上



将线的两端分别从两段吸管中穿过




将绳子挂起来

两只手交替地拉动两侧的绳子


 


纸牌就向上爬啦~


原理解说





这次的实(童)(年)(玩)(具)可以说是小编的童年回忆了。装置中的纸牌之所以能随着绳子的拉动而一摇一晃地爬升,是因为绳子与吸管之间存在有摩擦力


首先我们分析下装置的受力情况,如上图所示,由于两根小吸管呈“八”结构,所以,当我们拉紧两端的绳子时,绳子会呈一定的夹角,这个夹角有两个作用。一方面,绳子上张力的合力会对吸管产生一个压力,进而产生阻止纸牌下滑的摩擦力。另一方面,A、B两处的合力矩会使纸牌逆时针转动,而C、D两处的合力矩则会使纸牌顺时针转动


当我们把两侧的绳子同时拉紧时,两边绳子与吸管间的摩擦力可以抵消掉重力,同时,两边的力矩也会抵消掉,所以纸牌可以静止不动。

 

拉动右侧的绳子


当我们用力拉右侧的绳子时,受右侧绳子的张力影响,纸牌会发生转动,形成如上图所示的情形。可以看出,这时右侧绳子的夹角变大了,张力的合力减小。而左侧绳子的夹角变小了,张力的合力减小。


这就意味着,右侧绳子与吸管之间的摩擦力会变小,而左侧绳子与吸管的摩擦力会变大。这样一来,左侧的吸管无法滑动,而右侧的吸管则可以随意滑动。所以纸牌会绕着左侧吸管逆时针转动,从而使右侧吸管转到一个更高的位置。

 

拉动左侧的绳子


当我们用力拉左侧的绳子时,对称的,左侧的吸管会因为转动而到达比之前高的位置。这样一来,当我们交替拉动两侧的绳子时,纸牌就会一步一步地往上爬了。

 


这里还有个拓展的问题,如果我们把这个“八”倒过来,还是交替拉动两侧的绳子,纸牌还会上升吗?


分析完装置的原理,小编自信满满地带着这个装置前去爬山,为了以防万一,小编还请张老师在山下帮忙拉动绳子。随着两侧绳子的一放一收,小编离山顶越来越近,就当小编快要到达山顶之际,猛地一抬头,竟看到了一个熟悉的面孔——张老师?



只见张老师嘴角微扬,眉梢一挑,掏出早已准备好的剪刀,就听得咔嚓一声。欲知小编生死如何,且听下回分解。

 


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NO.210 晚上吃火锅还是吃烧烤?终结选择困难症的神器来了! | 正经玩
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