正经玩:直升机实验

作者: Lixy&yangfz

来源: 中科院物理所

发布日期: 2018-05-12 10:55:57

本文介绍了如何通过一个直升机模型实验来解释直升机悬停的原理,主要涉及角动量守恒的概念。文章还预告了即将举行的公众科学日活动。

正经玩每周六上午会推送一个好玩的科学实验,可以由家长大朋友带着小朋友在家里动手操作。希望正经玩陪您度过每一个温馨的亲子周末,让小朋友的童年充满知识、爱和陪伴。直升机大家都并不陌生,在各种战争题材的电影里,直升机都是必不可少的装备,有的用来战斗,有的用来运输。小编记得以前看过一部超燃的电影,整个过程一波三折的战斗,最后的结局是男主拼命制服了逃犯,一起被直升机带回了国。可是直升机是怎么悬停在空中的呢?

实验器材:直升飞机模型,所标杯。首先,我们先看一下直升飞机长什么样子,它是固定在中轴上的,只可以转动,不能起飞。我们可以看到它有两个螺旋桨,分别是头顶着白色的主螺旋桨和尾巴部分的尾螺旋桨。我们可以控制它们转动,现在是两个都转起来的瞬间照片。好了,现在我们只打开主螺旋桨,观察飞机是什么样子的呢?机身会跟着主螺旋桨转动!这是怎么回事呢?现在我们关闭主螺旋桨,只打开尾螺旋桨,观察飞机是什么样子的呢?

尾螺旋桨在推动飞机转动!现在我们把主螺旋桨和尾螺旋桨同时打开,观察飞机是什么样子的呢?飞机停在那里了!明明两个螺旋桨都在转,可是飞机却稳如泰山,停在半空中。这是怎么回事呢?我们可以从它的转速控制台找原因。这个实验中最重要的原理是角动量守恒!如果系统没有受到对转轴的合外力矩,那么系统的角动量应保持不变。

直升机是一个由主螺旋桨与机身组成的二体系统,当飞机静止时角动量为零,当主螺旋桨转动时,产生一个沿轴方向的角动量,为使系统的角动量必须保持为零,机身将会沿相反方向转动。而当我们打开尾部螺旋桨时,由于它对空气的推动力而给了系统一个力矩,该力矩造成的角动量可能会抵消主螺旋桨旋转造成的角动量,使机身平衡而静止。

不过操作时一定当心,如果不小心让尾螺旋桨力矩造成的角动量和主螺旋桨旋转的角动量方向一致的话,就会像这样,转的飞快,是非常不安全的。下周六即5月19日来参加我们物理所举办的公众科学日!不但这个直升机的项目会现场展出,而且大家更可以看到更多精彩纷呈的实验哦~

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