卷纸不仅能逗猫主子,还能发现物理规律

作者: Shiny & Tom

来源: 中科院物理所

发布日期: 2019-11-03 17:36:58

本文介绍了如何利用被猫玩过的卷纸进行物理实验,探讨了拉力的方向和大小对卷纸运动的影响,并通过对比实验分析了实验结果。

卷纸不仅能逗猫主子,还能发现物理规律。能让猫主子欲罢不能的除了猫薄荷,就是一卷崭新的卫生纸了。曾有网友把猫扔到一个铺满了100卷卫生纸的房间,那画面太美,我不敢看。被猫主子玩过的卷纸,如何继续发挥作用?小编陷入了思考,发现这就是一个完美的物理教具呀!实验器材包括所标杯、热熔胶枪、剪刀、卷纸(被猫玩过的)、胶带、竹签、纸板、塑料瓶。

首先拿出一卷被猫抓过的纸卷,伤痕累累,为了让它更加坚韧,我们在纸面上粘上胶布,在末端粘上塑料瓶,这样可以通过控制瓶内水的多少来调整配重。用硬纸板和竹签做出一个滑轮,把纸卷搭在滑轮上,在不同的地方释放卷纸,会有不同的效果哦。在离滑轮较远的地方释放时,滑轮可以缓慢的滑动,但在离滑轮较近的地方释放时,滑轮就会“欢快”地滚动起来。

这期的实验,遇到了一些困难艰险,除了翻车已经翻出了经验,还要摸清对比实验的参数条件,加上一地的卷纸需要去卷。实验中,我们通过在卷纸的末端挂一个重物,给卷纸施加了一个短时间内近似恒定的拉力。这个力有两个参量,一个是力的方向,另一个是力的大小。为了探究这二者对我们的实验结果有什么影响,我们进行了对比实验。

对比实验是科研中非常常用的分析手段,通过有意识地改变某个条件得出多个结果,从而证明改变的条件和实验结果的关系。在这个实验中,我们主要探究了拉力的方向对结果的影响。从实验结果可以看出,保持拉力的大小不变,拉力角度较小时,卷纸会在拉力的作用下发生滑动。而当拉力的角度增大到一定程度时,拉力的作用会使卷纸发生滚动。那么究竟是什么原因导致这种现象的发生呢?我们首先分析为什么会滚动。

通过对现象的观察可以发现,卷纸在发生滚动的过程中,其相对卷纸最外层的运动是纯滚动,那么卷纸与最外层纸面接触的那条线就是一个瞬时转动轴。有了拉力以及转动轴,就会产生一个力矩驱使卷纸转动。只是拉力的角度较小时,拉力与转轴之间的垂直距离较小,其产生的力矩也就较小,而拉力的角度较大时,则能产生一个较大的力矩。实验中夹角较小时,卷纸虽然受到拉力力矩,但它没能发生转动,这是什么原因造成的呢?

小编认为,卷纸的几何外形并不是一个完美的圆柱,而是类似椭圆柱。那么在其发生转动时,重心位置的变化会产生一个力矩去抵抗、平衡这个转动。这样一来,如果拉力力矩小于重力力矩的最大值,那拉力就无法让卷纸滚动,只有通过增大拉力或者增大拉力的夹角来增大拉力力矩,才能让卷纸转动。用不同角度去拉一卷小小的卷纸,竟然有如此截然不同的效果。小编若有所思,突然间明白了:我们遇到什么困难,也不要怕。

换个角度去面对它,消除困难的最好办法就是解决困难。坚持才是胜利,加油,不翻车!

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