“水流星”与“离心机”

2024-01-08 12:21张军
初中生世界 2023年45期
关键词:转筒离心力向心力

文/张军

当你在雨中转动雨伞时,会发现,伞上的水珠会被甩出去;洗衣机脱水时,转筒高速旋转能把衣服甩干——我们把这些现象称为离心现象。今天,我们利用这个原理,用吸管来制作“离心机”。

我们可以准备一个一次性塑料杯,在杯口处钻出三个间距相同的小孔,用三根较短的细绳分别穿过这三个小孔并系牢;三根绳子的另一端系在一起,并且再连接一根较长的绳子。如图1 所示,在杯子中加入适量染过色的水,然后抓紧绳子末端让杯子以手为中心快速旋转。大家猜一猜,杯中的水是否会洒出来呢?

结果可能出乎你的预料,杯子里的水一滴都不会洒出来哦(如图2)。当然,我们还可以让杯子在任一平面内做圆周运动,其结果都是一样的。

我们也可以在水中加入不同颜色的颜料,这样就可以做出多种颜色的“水流星”。但值得注意的是,绳子要尽量结实,旋转速度不要太快。如果绳子断开或者从手中滑走,那么,“水流星”可就变成“流星锤”了!

其实,当我们用手拉着绳子让杯子旋转时,会感觉杯子想要向外“挣脱”,旋转速度越大,这种挣脱的力就越大。这个使物体向外挣脱的力我们通常称为离心力。离心力是一种虚拟力,并没有施力物体,我们感到物体向外挣脱是因为物体具有惯性。

实际上,曲线可以看作圆周的一部分,物体在做曲线运动时,当外界提供的向心力(向心力是实际存在的,同学们高中时会学到相关知识,大家感兴趣可以搜索资料了解一下)小于离心力,或者向心力消失,就会发生离心现象。当我们骑自行车转弯时,速度过快会侧翻;洗衣机脱水时,转筒高速旋转把水甩出去等就是如此。洗衣机的转筒我们可以看作是一个“离心机”,实验室制备生物大分子、核工业进行铀原子压缩等都离不开离心技术。

我们只需要用吸管就可以制作出一个简单的“离心机”。首先,准备两根吸管,用剪刀在其中一根吸管上剪出两截长度相同的短吸管。然后,用两根牙签将一截长吸管与两截短吸管穿起来固定,离心机就做好了。注意,两截短吸管上端间距大,下端间距小,呈V 字形。将吸管的下端插入水中,双手快速搓动中间竖直放置的长吸管,水就会从两支短吸管的上端口甩出来(如图3)。如果是两支短吸管的上端间距小,下端间距大,水就甩不出来,你知道为什么吗?

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