不转也能“站立”的陀螺

乐颢
创建于2023-08-27
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温州市实验小学 2018级8班 周轩乐

旋转的陀螺为什么能够站立?如果不转,陀螺想继续保持站立怎么办?

——本次实验,让我们一起去看看不转也能“站立”的陀螺吧。

记得在三年级寒假的时候,我在和弟弟玩陀螺时对于陀螺旋转产生了浓厚的兴趣,于是在假期里完成了《寻找陀螺的秘密》科学小论文。

    通过当时的实验,我们得出陀螺旋转的时间长短取决于五个因素:

    一、陀螺的重量:陀螺越重,惯性也就越大。在摩擦力不变的情况下,重的陀螺可以旋转更久。

    二、陀螺的外形和材质:陀螺的外形和材质应该尽量均匀和对称。这样可以减小陀螺转动轴的摆动,使其旋转更久。

    三、外界阻力:我们要尽可能减小外界摩擦力的影响。比如陀螺的底部应该尽量尖锐,地面要平整光滑,陀螺的表面也要光滑。

    四、用力:在陀螺刚开始旋转时,我们可以施加更大的力量。陀螺起始转速越高,它可以旋转的时间也会更长。

    五、陀螺的重心:降低陀螺的重心可以减小转轴的摆动,并减小外力对陀螺的影响。一般的方法是在陀螺底部加上配重。

多年后,有个想法一直萦绕脑海

    随着年纪的增长,一个念头一直在我脑中不断出现——陀螺的脚这么尖为什么能够站立?有没有什么办法让它不论旋转还是静止都能够直立着?

说干就干

要制作不动的站立陀螺

首先得从陀螺为什么会站立开始研究

在实验结束以后,通过对陀螺的研究,我发现,陀螺在旋转时,能够直立起来,这是什么原因呢?通过翻阅资料,我找到了原因,那就是“转动惯性”,圆盘转起来以后,各部分都有了水平方向的速度,运动惯性要保护原速度的方向不变。陀螺的稳定性就是陀螺在高速旋转后,如不受外力作用,转轴在空间的方向不变,这个特性在各种机械上用途甚多。

自行车就是利用了“转动惯性”

    转动惯性已经了解,我又有了新的问题,如果没有转动,陀螺能否保持尖足直立?

    经过长时间的思考和讨论,我注意到了生活中的一些常识和细节——走钢丝的人喜欢拿着一根横杆蹲着走;我们搬很多东西的时候喜欢把重的物品放在最下面,轻的放上面;单脚站立的时候站着容易摇晃;马步要蹲着才能稳……这一切都让我想到了两个字“重心”。

    降低重心才能稳!

于是我做了一个实验来验证自己的想法。我准备了四根牙签,另外还有几块铁块。然后根据爸爸的建议,用热熔胶枪将四根牙签粘成最稳固的三角形,中间的支点却低于两边的铁块高度。

热熔胶枪、牙签、铁块

做好后,我轻轻用手指挑起牙签陀螺,它竟然不用旋转就稳稳的站在我的手指上!

    我的猜想是对的,只要重心越低,物品就越稳。我选了铁块粘在低于支点的两边上,就是为了让重心比支点要低。

    接着,我玩心大起,如果我在三角形里面再粘一颗铁块,重心重新升高后会变成如何?没想到这一突发奇想让我发现了玩具“平衡小鸟”的原理和奥秘——只要实际重心在支点下方,都能保持平衡。至于物品的平衡方向,则在于重心的具体位置!

最后,我整理了一下知识点

重心:在重力场中,物体处于任何方位时所有各组成质点的重力的合力都通过的那一点。规则而密度均匀物体的重心就是它的几何中心。不规则物体的重心,可以用悬挂法来确定。可要注意物体的重心,不一定在物体上。

牙签陀螺能稳定直立在一个支点上,是因为它的重心在支点附近,甚至比支点还低。

物体稳定条件:质量分布对称,重心低于支点,重心与支点的连线几乎与物体两侧底端的连线垂直。

老师说

大胆猜想、小心求证

科学的魅力在于

对于事物、现象的观察

继而探求、发现真理

通过对真理的验证再实践在各个领域

创造出更多有益于人类进步的发明


    

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