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Vast, Warm and Elegant

不走寻常路的漏斗

一个漏斗,像一个圆锥形状的小山,将两个漏斗小山的底部对接起来,就变成了一个中间鼓起,两头细长的滚轴。下面我们要介绍的是一个“不走寻常路”的漏斗滚轴,它怎么不走寻常路了——不需要别人推,它自己就可以从低处滚到高处去,你相信吗?

材料:

两个漏斗(形状和大小一样),2个长条木板(大约3厘米左右厚,可以侧面竖立在平面上),一本厚书(3厘米左右厚),胶带

实验步骤:

  1. 将两个一模一样的漏斗,底部贴合,对接在一起,用胶条固定住,组合成为一个滚轴。
  2. 把你准备好的厚书放在桌子的一端。
  3. 将一根长条木板侧立,一端放置在厚书之上,另一端接触桌面。这样就形成了一条一端高,一端低的轨道。
  4. 再将另外一根长条木板如法炮制,但在摆放位置上,需要注意:在厚书上的那一端,两个木条之间的距离要尽量调宽——但最宽不可以超过漏斗滚轴的长轴的长度。桌面上的另一端,也就是低处的那端,两根木条之间的距离要尽量调近——但最近也要保证漏斗滚轴不会脱离木条轨道,滚出去。
  5. 两根木条在设置的时候,还有一个建议,就是让观众的视线和木条的上端尽量保持水平,这样,观众的眼中就只可以看到最外侧的木条,而无法发现两根木条之间并不是平行摆放的。一切就绪后,你就可以把漏斗滚轴放置在观众看起来木条位置较低的那一端了。接下来发生了什么奇妙的事情呢?

实验原理:

为什么观众眼中的漏斗滚轴看起来会从低向高运动呢?其实从你这个操作者的视角观察,其道理是一目了然的。虽然从观察者的视角观察,漏斗滚轴好像是不走寻常路地,自动地从低处向高处滚动,但别忘了,我们用的是漏斗滚轴,而不是圆柱滚轴,前者在木条上滚动的时候,由于木条两段开合的距离不同,其实一直在做整体向下的运动。如果换成圆柱滚轴,则不会出现类似的“奇特现象”。

实验升级:这和物理学中一个叫“重心”的概念有关。重心,就是指物体质量集中的那个点。漏斗滚轴的重心在哪?是在两个漏斗底部结合圆面的圆心上。再操作一次,仔细的你就会观察发现,虽然漏斗滚轴整体在从低处向高处地“不走寻常路”,但其重心实际上是不断下降的,这是两个木条一端开口大,一端开口小所导致的。了解了这个道理,你还可以挑战一下自己,将漏斗中的不同部位贴一些橡皮泥,刚才的“不走寻常路”现象,还可以重复吗?贴了橡皮泥的漏斗滚轴的重心,有了怎样的变化呢?

 

参考链接:http://coolscienceexperimentshq.com/rolling-uphill/

本文发表于《知识就是力量》样刊:学海新知-“克服重力”的漏斗

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