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

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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。

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第二步:

将螺母用细绳系在橡皮筋上。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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