中午好朋友們!我是菏澤市教育教學(xué)儀器總廠的劉帥!生活中我們總能見到一些好玩的產(chǎn)品,但是又不知道什么原理,好像知道結(jié)果。今天給大家介紹一款我們總廠研發(fā)的教學(xué)儀器產(chǎn)品--會(huì)飛的繩子。
啟動(dòng)臺(tái)面上的按鈕,繩子會(huì)轉(zhuǎn)起來,結(jié)果這根繩子擺脫了重力,能跟隨操作移動(dòng),指向前方。大家會(huì)很好奇柔軟的繩子為什么旋轉(zhuǎn)后會(huì)飛起來!當(dāng)兩個(gè)滾輪以一定轉(zhuǎn)速,向前上方拋出繩子時(shí)形成的軌跡,首先以上凸曲線上升,由于繩長(zhǎng)的限制,經(jīng)過頂端的轉(zhuǎn)折后,又于下凸曲線回到原點(diǎn),繩子上的每個(gè)點(diǎn)都沿相同的軌跡,進(jìn)行周而復(fù)始的循環(huán),在這個(gè)循環(huán)中,教學(xué)儀器產(chǎn)品--會(huì)飛的繩子始終處于繃緊狀態(tài)形成張力,原因是繩子受到滾輪入口處摩擦力的牽拉,在不停的進(jìn)入滾輪入口,同時(shí)又在滾輪出口處被拋射出來具有一定的速度,而繩子之所以能飛起來,正是在自身的張力和拋射速度,二者的協(xié)同下才能完成,如果在失重環(huán)境下,當(dāng)繩子向斜上方拋射時(shí)會(huì)沿直線運(yùn)動(dòng),然后經(jīng)過一個(gè)圓弧在直線返回,觀察轉(zhuǎn)折處的繩子會(huì)發(fā)現(xiàn)圓弧上的質(zhì)點(diǎn)由于繩子的張力,而受到來自左右兩側(cè)的拉力,合力指向圓心形成維持質(zhì)點(diǎn)圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度,圓弧在離心作用下具有遠(yuǎn)離的趨勢(shì),將繩子繃緊從而維持了這個(gè)軌跡,但是放在地球上,繩子軌跡就會(huì)發(fā)生變化,由于繩子上的質(zhì)點(diǎn)受到了重力從發(fā)射起點(diǎn)到轉(zhuǎn)折圓弧處,質(zhì)點(diǎn)在鉛錘方向的加速度保持一個(gè)G,因此軌跡就變成了爬升時(shí)不斷減速,前進(jìn)的下墜段又在重力下加速的拋體運(yùn)動(dòng),在返回的區(qū)間里質(zhì)點(diǎn)高度降低,勢(shì)能不斷轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,重力持續(xù)做正功,讓質(zhì)點(diǎn)的速度越來越大,回到滾輪入口處時(shí)又達(dá)到了滾輪的線速度,于是周而復(fù)始,因此將這個(gè)橢圓維持在空中的任務(wù),很大一部分要交給尖端的圓弧,將兩邊繩子繃緊,才能形成橢圓形的閉合曲線所以這個(gè)橢圓形軌跡能否形成就是滾輪的轉(zhuǎn)速和繩子的長(zhǎng)度,繩子長(zhǎng)度較大時(shí)則橢圓的厚度也較大,這說明繩子越短,繩子張力就越大,越容易橢圓形軌跡。這款教學(xué)儀器產(chǎn)品可以定制,有需要參觀體驗(yàn)的的可以來菏澤市教育教學(xué)儀器總廠!
【文:劉帥】
2022年01月08日
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