总抢不到可达鸭?别灰心,我们自己做!

作者: 荔枝 & 荷塘 & 婷子

来源: 中科院物理所

发布日期: 2022-05-28 11:03:50

本文介绍了如何通过简单的材料和步骤制作一个可达鸭玩具,并解释了其背后的物理原理。

为了买到可达鸭儿童套餐,小编连续蹲守了几天,可就是没有啊。痛定思痛,我们决定自己动手做一个!

实验器材:所标杯、纸板、竹签、笔、剪刀、热熔胶(或胶水)。

实验过程:首先我们对着可达鸭图片描出身体及双臂,然后用剪刀将它们剪下。现在我们来做机械部分:把竹签剪成合适的长短,摆成如图的形状:这个小长方形不需要很大,用胶将它们粘起来,再用纸板卷成两个小纸筒,套在小长方形的两条长边上。

另取一根竹签在其一侧粘上一块小纸板,然后将小纸筒分别粘于可达鸭的肩膀以及长竹签的小纸板上。最后我们将肩膀上的竹签剪至合适的长度,并给可达鸭接上手臂。此时甩动、戳动这根长竹签,可达鸭便可以像玩具一样边跳边挥手啦。

原理解说:不论是折纸中的抽拉结构,还是这次我们使用的摇杆,都源于连杆机构。

连杆机构中的不同构件,即折纸中折痕两端的部分以及这次小实验中的两根竹签,有着不同的运动模式,而通过面接触(折痕以及这次小实验中的纸筒)连接在一起,形成运动的传递。折纸和竹签的结构都比较类似于摇杆-滑块结构,如图所示:蓝色的摇杆可以绕固定点O旋转,而红色的拉杆连接着可以在线段AB上移动的滑块。所以只需要通过滑块(即纸条、竹签的末端)的平动即可带动摇杆的旋转,让可达鸭的手臂摇动起来。

在我们的小实验中我们还用到了另外一些物理小窍门:我们可达鸭的两种状态中,可达鸭身体相对于竹签角度较低的状态,大家应该不难发现,是由可达鸭的自重导致的。在重力作用下可达鸭达到最低处形成稳定平衡。而在我们甩动可达鸭时,受离心作用的影响可达鸭的质心倾向于向竹签远端(即上端)移动,因此达到了高位。由于可达鸭的屁股和竹签形成了一个夹角,纸板和竹签之间较强的摩擦力克服了重力带来的力矩,所以形成了一个亚稳态。

而在用竹签戳几下桌子之后,扰动破坏了这个亚稳态,可达鸭便回到了低的状态。在高低两种状态时可达鸭的手臂随着摇杆转动了180°,实现了手臂的抬起与落下。

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