谁周六还要上发条呀？科学的 | 正经玩

原创：中科院物理所

最近小编出去玩

看到一些发条小玩具

就想起了小时候家里的发条钟

所以忍不住想要探索一下

上发条究竟是什么样原理

今天我们就利用手边的工具

亲手制作一个发条

感受一下它的神奇

实验器材

锤子、细线、螺母、短棍、橡皮筋、长钉子、小塑料瓶、所标杯

实验步骤

安全提示：本实验使用利器，请小朋友在家长的陪同下完成，注意安全

第一步：

用锤子和钉子在瓶子的两端各开一个小孔。

第二步：

将螺母用细绳系在橡皮筋上。

第三步：

将橡皮筋穿过瓶子两端的开口，并用木棍固定住。固定很高以后，皮筋应处在紧绷状态，螺母自由地悬挂在皮筋之上。

第四步：

把瓶子平放在地上，轻轻推动瓶子，会发现滚出去的瓶子会滚回来。

第五步：

为了排除地势不平的因素，将瓶子朝相反方向推动，瓶子依然会滚回来。

一个简易发条就制作完成啦！

原理解说

推动瓶子向前滚动的过程中，螺母由于惯性保持静止，而橡皮筋拧在一起，逐渐累积弹性势能。向前滚动的速度越来越慢，当速度为零时积累的弹性势能达到最大，此时弹性势能又开始转化为动能，瓶子将反向滚动，直至橡皮筋恢复原状。由于地面和空气的摩擦，瓶子滚回的距离会短一些。

八音盒里用到的发条就是这个道理：当发条被上满，它的力矩最大（力矩杠杆最长），因此发条前端需要以较小的力量输出。运行一段时间后，紧紧盘在发条轴上的发条会慢慢松开，它的能量随之下降。当能量即将耗尽时，八音盒就停了下来，需要再次转动发条进行蓄力。