复刻古人智慧结晶:风碓实验

作者: 荔枝 & 荷塘 & 婷子

来源: 中科院物理所

发布日期: 2021-12-04 13:00:29

本文介绍了一个复刻古人智慧结晶的实验,即制作一个与古代“水碓”结构相似的“风碓”。通过详细的步骤和原理说明,展示了如何利用现代材料和风力驱动来重现古代技术。

虽然才刚十二月,但是拜年的姿态已经准备上了。中国古代有很多智慧的发明,大大的提高了人们的生产生活水平,有一些设备甚至到今天都在改进和使用。不知道大家有没有听说过“水碓”,今天我们就来穿越时光,复刻古人的智慧结晶!这次我们尝试制作的是和水碓结构相似的“风碓”。

实验器材包括所标杯、积木、剪刀、筷子、竹签、热熔胶、纸、小风扇。

实验过程首先将正方形的纸对折,沿对角线剪至距离中心1/3处,在中心穿一个小孔,将竹筷穿过中心,然后把四个角穿在筷子上,折成小风车的形状,用热熔胶固定,在风车尾部粘上一根竹签,并将竹签与筷子粘在一起,以便固定风车,在筷子上粘一块积木,作为拨片,另取一根筷子,与竹签粘成如图所示的形状,用积木搭出支架,把上面做好的部分组合起来,打开小风扇,一只风动啄米鸡就出现了,这像不像过年和长辈们疯狂拜年的你!

如果把它拓展成多个单元并排,就可以得到非常接近“水碓”的“风碓”了。

水碓利用的是水力推动水轮,再由凸轮传动杠杆(即碓梢),使碓梢的一端抬起,再靠重力落下捶捣槽内的东西。水碓常见的用途之一是舂米,即捶捣谷子使米粒与米糠分离的过程。其他地方也能见到这种凸轮-杠杆的结构的身影,比如八音盒,就是用带有凸起的滚筒拨动长度不同的金属片发声。整个系统的动力是由水的重力势能转化的动能提供的。

我们为了避免水溅的过于狂野,将其改为风力驱动(不负中科院风车所之名)。被称之为“连机”的各个单元中,凸轮凸起的位置也是错开的。错开凸起的位置就可以使输出功率随时间的变化更加平滑,避免出现多个单元同时需要做功而总功率不够的情况。

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