把科学带回家
2018-06-29
本文由公众号“把科学带回家”提供
给孩子最好的科学教育
一根绳子两端绑着一个玻璃杯和一个戒指，然后把绳子挂在栏杆上让玻璃杯蹦极，你猜结局会怎样？
别担心，玻璃杯并不会悲剧。它的命运早就被物理学决定了。
这个看起来超级惊险的玻璃杯蹦极挑战，你敢来试一试吗？
关键概念：阿基米德螺线
材料和操作
一根绳子
一个杯具
一个比较重的东西，比如戒指，重量大概是杯具的1/14比较好
LED灯泡（可选）
相机（可选）
这个实验的做法很简单，把重物和杯具分别绑在绳子的两端，然后架在一根晾衣杆上，放手就可以了。这个实验的关键就是要找对杯具和重物的重量比，一般来说杯具的重量是重物的14倍效果会比较好。
先看一下效果：Amazing！杯具居然没有摔地上碎成渣渣。这是肿么回事？
如果你家有LED小灯泡，可以绑一个在重物上，然后用手机拍摄LED小灯泡的路径。实际上它的路径是这样的——我们用小南瓜君来试一试！
你也可以把2个重量一样的戒指和2个不同颜色的LED绑在一起，然后做一次，那么拍到的图片就是这样的：好莱坞剧情版的（图片有点看不清，水缸里是鲨鱼，怕不怕！）：
原理：实际上，是摩擦力阻止了杯具下跌。这种装置就叫做圈状摆（looping pendulum）。戒指所在的那一端形成的螺旋线叫做阿基米德螺线（archimedes spiral），也叫等速螺线。
什么是阿基米德螺线呢？注意到了吗？这个螺旋线的每2圈之间的间距是固定的，这就是阿基米德螺线的特征。长得有点面善是吗？因为蚊香就是阿基米德螺线啊！
思考问题：圈状摆画出了阿基米德螺线，这说明了什么呢？说明杯具往下坠落的时候，速度的变化是什么样的呢？
阿基米德螺线是阿基米德发明的。当时，阿基米德用一个圆规画圆，同时匀速地缩小圆规的夹角，最后就得到了这种螺线。
阿基米德螺线有什么用？在数学里，做三等份角，或是化圆为方，就可以用阿基米德螺线实现。虽然在大自然里，阿基米德螺线没有我们上次介绍过的对数螺旋线常见（点我查看），但是也不难找，比如蜗牛壳，还有蕨类植物的嫩芽就是阿基米德螺线。
一种叫做阿基米德式螺旋抽水机的运水装置采用的也是阿基米德螺线。
亲爱的小伙伴们，你有没有尝试“玻璃杯蹦极”？想让更多小伙伴看到你的作品？可以把你拍到的照片发给我们哦~你也可以把孩子的小名一起发过来展示在我们推送中。我们将每月抽一次奖，送一期电子版《环球科学》！