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重力的魔力

来源:


基本概念

重力

摩擦力

惯性


引言

你有没有看过魔术师快速地从桌子上抽走桌布,而所有的盘子和玻璃杯仍然在原来的位置?这个把戏一点都不神奇——这是科学!并且你可以用相同的原理(不会打碎任何盘子)让硬币落入一个很小的容器里。

放在工作台面上的一枚硬币不大可能有什么用处——除非你或其他人来移动它。如果你轻轻地推它一下,它会向哪边动?如果你从几英寸高的地方把它扔下来呢?硬币的行为跟大多数固体物质的行为一样——直到你对它做些什么之前,它们都保持静止。但是,你能让一些物体在静止的时候,去到你想让它去的地方吗?你也可以像魔术师一样,让一枚硬币从它在纸环上面的平衡点落入一个小的容器里——而这仅仅是重力帮了你一个忙。


背景

著名的桌布魔术的关键,对这个活动也是至关重要的:速度。你可以通过一个迅速的、平滑的运动来克服纸与硬币之间的摩擦阻力(轻微的控制)。快速的移动给了重力一个克服摩擦力的机会——演示了惯性。

惯性,指的是静止的物体仍然会保持静止(且运动的物体仍然会保持运动),直到有其他力的作用,比如重力,或着你对它做了什么。

   

材料

硬币

瓶子,罐子或是有小顶口的筒(口子比硬币大——但是不要大太多)

3到5英寸的便条卡片或其他坚固的纸

剪刀

胶带

钢笔或铅笔

水(可选的)


准备工作

1.小心地把索引卡纵向裁成大约0.75英寸宽的长条。

2.用胶带把卡的末端粘在一起,使它形成一个环形,可以在容器的小开口上面保持平衡。

如果你的容器本身不够重而不能保持稳定,向其中装入一部分水——这样你还可以听到你的硬币入水时的叮咚声!

3.用宽的那一边,使纸环在容器的开口上面保持平衡,以便圆环的中立开口正对着你。

4.让硬币在纸环上面保持平衡——在容器开口的正上方。这个平衡可能需要多尝试几次,如果太困难的话,用一张大点儿的卡片纸做一个大一些的纸环。


实验步骤

1.你能不用手使硬币进入容器吗?

2.在纸环内水平地放入钢笔或铅笔。慢慢的把纸环拉离容器的顶端。硬币发生了什么?

3.把纸环和硬币放回容器的顶端。

4.现在尝试一下快动作:把钢笔或铅笔插入到纸环的中心,快速地把纸环拉到一边(小心钢笔或铅笔锋利的尖端)。这次硬币去哪了?它落在容器附近还是进入容器了?

5.如果硬币没有落入容器,观察它比慢推近了多少,并多试几次。

6.你最慢拉离纸环是多少?仍然让硬币落入容器了吗?

附加实验:当你用大一点或小一点的纸环时会发生什么?

附加实验:尝试着把这个变成魔术师的桌布魔术版本。在瓶子的开口上方放一个平的索引卡。在索引卡上放一个硬币使得它在开口正上方。尽可能快地抽走索引卡。你能让硬币落入下面的开口吗?

 

观察和结果

为什么当你慢慢地拉走纸环和你快速地抽走纸环时,硬币的行为会不同?

硬币的行为并不出格——它遵循物理定律。当纸环静止或是被慢慢推倒时,它跟纸环在一起的时间更长,这是因为摩擦力让它保持在那里。然后重力最终起主导作用,硬币掉在桌面上。但当它静止所在的纸面被从它下面快速地猛地抽走时,摩擦力没能连它一起拉走。相反的,静止状态的硬币,除了在重力作用下直接落下以外无处可去。


清理

把水倒掉,小心不要浪费任何一个硬币。回收或再利用你的容器。


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