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关于易拉罐的一些科学小实验(科学你好-有趣科学实验之不倒的易拉罐)

时间:2023-06-16 作者: 小编 阅读量: 1 栏目名: 生活百科

说起不倒翁的原理,常人往往脱口而出"不就是上轻下重底盘稳嘛!不倒翁的原理,简单来说是物体重心越低越稳定。底部重物不流动,故不倒翁的重心对其自身来说是确定的,处于重物底部的中心区域。当不倒翁竖立时,它是平衡静止的,重心与支撑力作用点处于一条竖直线上,且重心的空间位置最低。

科学小实验 | 摆酷的小小易拉罐

亲子时间:约1分钟

亲子指数:★★★★☆

难度指数:★☆☆☆☆

推荐指数:★★★★★

适合年龄:≥3岁

01 有趣的玩具"不倒翁"

不倒翁,一种古老又神奇的儿童玩具。用手轻轻摇两下,它会摇摇摆摆又恢复直立状态。

说起不倒翁的原理,常人往往脱口而出"不就是上轻下重底盘稳嘛!"没错!

如果你还能提到类似于"重心低"之类的科学词汇。那就更没错了!

但是,为什么重心低就稳呢?你们知道吗?

今天太极熊家庭实验室就通过一个科学小实验"摆酷的小小易拉罐"来演示这个看起来不算问题的问题吧。

文/视频:太极熊家庭实验室

02实验器材

1、 易拉罐一个; 2、适量水(或饮料); 3、水杯一个(也可不用)

03实验过程

1、将易拉罐里的饮料倒约四分之三进杯子,或者用杯子向空易拉罐里倒入约四分之一的液体(饮料或水)。

2、小心地将易拉罐倾斜放置,易拉罐可以稳稳地立在桌面上。用手轻轻拨动,它会旋转起来而不翻倒。

04实验释疑

大家都知道,如果易拉罐中充满液体或者空罐都很难斜立而不倒。但是在实验中, 我们清楚的观察到,当盛有少量液体的易拉罐能够斜立。即使用手轻轻拨动,易拉罐也只是懒洋洋的旋转两下,却没有翻倒。这是因为:

1、我们在实验中看到易拉罐斜立,保持静止状态。在经典力学层面,易拉罐要达到静止的平衡状态,其所受外力必须大小相等,方向相反,并作用在一条直线上。本实验中,易拉罐所受外力仅有重力和桌面施加的支撑力。因此,我们只需要通过手动调整易拉罐,使其所受重力和支撑力大小相等,方向相反,并作用在一条直线上。

2、易拉罐斜立时,支撑力的实际作用点是其底部与桌面接触的两个点,其合力的等效作用点必然处于这两个点之间的某个位置。若要易拉罐斜立而不倒,最关键的问题是调整其重心的位置。使其重力的作用点与支撑力的作用点处于同一条竖直线上,否则将会出现转矩而倾倒。

3、装满水或完全空的易拉罐,其重心近似处于罐内几何中心位置。如将该易拉罐向左倾斜,则其重心方向位于支撑力方向左侧,因此无法保持平衡而倾倒。当我们倒掉一部分罐内液体后,调整易拉罐的重心位置,使其逐渐向右下角移动。大约剩下1/5~1/3液体时,重心可以处于支撑力作用点一条竖直线上,所以我们可以使其斜立而不倒。

05 你知道吗?

不倒翁的原理,简单来说是物体重心越低越稳定。底部重物不流动,故不倒翁的重心对其自身来说是确定的,处于重物底部的中心区域。当不倒翁竖立时,它是平衡静止的,重心与支撑力作用点处于一条竖直线上,且重心的空间位置最低。若将不倒翁斜立后,重心的空间位置总是升高的。从重力势能的角度讲,它有向下运动,降低重力势能的趋势。从力学的角度讲,不倒翁还受到桌面的支撑力,方向与重力相反,且此时支撑力的作用点和重心不再处于同一条竖直线上,产生力矩,这样不倒翁就会发生摆动(或转动),趋向于恢复竖立状态。

从以上分析可以看出,不倒翁的重心越低,当它发生偏斜时,重力作用线与支撑力作用线之间的垂直距离就越大,产生的力矩也越大(同样大的重力时),不倒翁回弹就越容易。

06 科学笔记

重力(Gravity):目前定义尚有争议,一般认为是万有引力与惯性力共同作用的合力,其方向总是竖直向下。

重心(Center of Gravity):物体各部分所受重力之合力的等效作用点。物体的重心,不一定在物体上,有可能在物体之外。对于规则的均匀物质来说,重心可认为在其几何中心。

07注意事项

本实验中用到的易拉罐中饮料含糖量高,请适量饮用。

免责申明:实验及操作具有一定的危险性,请家长陪同孩子严格按照实验步骤依次操作,试验过程中发生的任何安全事故,与太极熊家庭实验室公众号无关。

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