力与运动本没有什么“深仇大恨”,可它们聚在一起后就发生了很多问题:摩擦力、压力、重力等一系列问题,像一团乱麻一样堆在大家面前。关于力与运动这一章没有学好的同学,那就自己动手在游戏中把这一课补上吧!
019旋转的陀螺为什么不会倒
痴迷指数★★★★能力锻炼 动手能力 所用时间()分
一个尖尖的陀螺只要轻轻捻动,就能不停地旋转且不会倒下。这是为什么呢?
工具潘多拉
硬纸板,圆规,剪刀,小刀,细木棒,手钻,胶水。
游戏对对碰
①用圆规在硬纸板上画个圆形,用剪刀把它剪下。
②在硬纸板的圆心钻个小孔,插入细木棒,将木棒底端削尖,形成一个支点。
③有缝隙的地方用胶水粘合。这样就制成了简易的陀螺。
④以尖端为支点,捻动陀螺,它就能不停地旋转不倒。只有当它受到外力,或速度变慢到最后停止,它才会倒下,这是什么原因呢?
游戏中的科学
高速旋转的东西能保持转动的方向不变。陀螺旋转的时候总是保持转轴向上,所以即使它与平面的接触面积很小,也能保持自己的稳定性。这是一种转动惯性。
学以致用
自行车骑起来不易倒也是这个原理。它的两个轮子就跟两个陀螺一样,能保持原来的旋转方向,使得轮子平稳行驶不会倒下来。轮子转得越快,稳定性能越好,自行车越容易保持平衡,一旦速度慢下来,就容易失去平衡。
020花纹的妙用
痴迷指数★★★能力锻炼 观察力 所用时间()分
各式各样的漂亮花纹在我们的生活中经常见到,比如瓶盖上的条纹等。但你知道那些花纹有什么作用吗?
工具潘多拉
大小一样的瓶盖,一个带花纹,一个不带花纹,一个同型号的塑料瓶(不带瓶盖)。
游戏对对碰
①先用不带花纹的盖子套在塑料瓶的瓶嘴儿上,旋转几圈后用力拧紧,然后再拧下来。
②再用带花纹的盖子套在塑料瓶的瓶嘴儿上,旋转几圈后也用力拧紧,然后再拧下来。对比一下,看拧哪个瓶盖用的力气大。是不是带花纹的盖子用的力气大呢?
游戏中的科学
之所以拧带花纹的盖子用的力气大,是由于手与盖子之间产生了一定的摩擦力;而拧不带花纹的盖子,摩擦力减少,所以用的力气小。
学以致用
学以致用:善于观察的人会发现汽车的轮胎、车上的扶手、鞋底儿和地上铺的地毯等都有很多各式各样的花纹,其原理和上面的游戏一样,增大摩擦力,以保证安全。
021压缩气火箭
痴迷指数★★★★能力锻炼 分析能力 所用时间()分
火箭对我们来说一点儿也不陌生,我国的“神舟”系列飞船必须用运载火箭发射上天。但火箭是怎么把飞船发射到天上去的呢?
工具潘多拉
软塑料瓶,塑料细管(可把废圆珠笔芯儿的笔头剪去代替),10厘米长的麦秆(要比塑料管稍大),四张三角形的彩色纸,一小块面团,手钻,万能胶。
游戏对对碰
①在软塑料瓶的瓶盖上钻一个小孔。
②把塑料细管插进瓶盖,再用万能胶粘牢。
③在麦秆的一端粘上四张三角形的彩色纸作为火箭的尾翼;另一端用面团儿封严,捏成火箭头的形状。等面团干了以后,压缩气火箭就算做好了。
④把麦秆做的“火箭”套在塑料细管上,用手使劲儿一捏瓶子,“火箭”就会“嗖”地一下,飞出十多米远。
游戏中的科学
瓶中的空气通过塑料细管进入麦秆,因为麦秆的前端是封闭的,进入里面的压缩空气膨胀后向麦秆的后端(没有封闭的一端)喷出,给麦秆一个向前的作用力,麦秆就向前飞去。这个游戏利用的是反冲力原理。在我们周围,喷气式飞机、火箭和灌溉喷水器等都是利用这个原理工作的。
022风筝的尾巴
痴迷指数★★★能力锻炼 动手能力 所用时间()分
阳春三月,是放风筝的好日子。大家都争先恐后地向蓝天展示着自己的风筝。如果你仔细观察,会发现每个风筝都有一条“尾巴”,这是为什么呢?
工具潘多拉
透明胶带,剪刀,彩色纸,棉线。
游戏对对碰
①先用剪刀把彩色纸剪成15厘米×25厘米大小,再用透明胶带把棉线粘贴在彩色纸一端的中央,做成一个没有尾巴的风筝。握住手中的棉线在空中挥动,会发现风筝上下摇摆不定。
②用剪刀剪两条长约30厘米,宽约3厘米的带条,并用透明胶带将其固定在风筝的末端,再挥动风筝,发现风筝平稳地摆动。为什么前、后有两种不同的效果呢?
游戏中的科学
加上纸条做尾巴后,能起到平衡的作用,这样风筝就不会因受气流的影响而摆动了。
023水中魔力
痴迷指数★★★能力锻炼 动手能力 所用时间()分
水会有什么魔力呢?除了能洗刷衣物外,我想不出有别的魔力!
工具潘多拉
塑料袋,塑料盆,水。
游戏对对碰
①把塑料袋套在手上。
②在盆中加入自来水,然后把手连同塑料袋一起放入盆中(注意袋口不要没入手中,防止塑料袋内进水)。
③此时,慢慢提起你的手。你会发现塑料袋紧贴你的手,好像它被手吸住了似的。这是怎么回事呢?
游戏中的科学
水中不仅有浮力,而且还有压力。塑料袋里面有许多空气,由于水压的作用,塑料袋内部的空气被压出。因此,你会感到塑料袋紧紧贴着你的手。
024把水打个结
痴迷指数★★★★★能力锻炼 理解力 所用时间()分
什么?水也能像绳子一样,在中间打一个结?这可能吗?
工具潘多拉
1千克容量的罐头桶,直径为2毫米的钉子,铁锤。
游戏对对碰
①取一只1千克容量的罐头桶,在靠近底部并排用钉子和铁锤钻5个直径2毫米的小孔。
②把桶放置在水龙头下方15厘米左右,打开水龙头,让水从5个孔中流出。
③你用手指在5个孔上滑过,5股水流就会合并起来,就好像是扭在了一起,打成了一结。
游戏中的科学
水分子是相互吸引的,并因此在内部产生一种使液体表面缩小的趋势:表面张力。这也是水滴形成的力量。我们在这个试验中,可以清楚地看到这种力量:它使水流导向侧旁,然后统合起来。
025针刺鸡蛋
痴迷指数★★能力锻炼 动手能力 所用时间()分
昨天,我用一根长针刺穿鸡蛋,鸡蛋却没有破碎。好奇怪,鸡蛋壳明明很脆,为什么没有碎呢?
工具潘多拉
生鸡蛋,长针(针尖要非常尖),胶带。
游戏对对碰
①用胶带绕鸡蛋中部围上一个圈儿。
②用长针从鸡蛋一边的有胶带处插进去,从另一边有胶带处穿出来。
③仔细观察鸡蛋,发现鸡蛋虽然被刺穿了,但并没有破碎。
游戏中的科学
这个刺不碎的鸡蛋与普通鸡蛋一样,关键在于它身上用胶带绕了一个圈儿。用长针刺穿鸡蛋时,一般蛋壳会产生龟裂,但是因为有胶带的张力保护,裂纹不会扩大,所以鸡蛋不会碎裂。
026深浅问题
痴迷指数★★能力锻炼 分析能力 所用时间()分
物理学中的力学,在现实生活中有很多种表现方式。下面就是力学中一种表现方式,聪明的你能不看答案就说出原因吗?
工具潘多拉
厚纸板,剪刀,图钉,沙子。
游戏对对碰
①用剪刀将硬纸板剪成大小相等的两块儿纸板。
②在其中一块儿纸板上的四个角钉4个图钉,然后在另一块纸板上钉40个图钉(注意:要使图钉把纸板撑起来)。
③将两块钉好图钉的纸板放进一盆沙子里,使带钉的一面接触沙子,发现钉4个图钉的纸板比钉40个图钉的纸板要陷得深。这是为什么呢?
游戏中的科学
虽然钉40个图钉的纸板重量大对沙子产生的压力也大。但钉上4个图钉的纸板压力被4个图钉分担,因此每个图钉分到的压力比较大;而钉40个图钉纸板的压力将被40个图钉分担,所以陷得比较浅。
学以致用
一场大雨之后,推着自行车出去游玩,却发现自行车陷进了松软的泥土中,而远处又大又重的推土机却能轻松地从泥土中碾过。这是为什么呢?哈哈,原来是受力面积在作怪!
027站立的卡通人
痴迷指数★★★能力锻炼 创造力 所用时间()分
如何让薄薄的小纸人站立在瓶盖儿上面,并且保持平衡呢?
工具潘多拉
边长约15厘米的正方形硬纸板,笔,剪刀,强力胶,图钉,两块橡皮泥,10厘米左右的铁丝,塑料瓶。
游戏对对碰
①先用笔在硬纸板上画一个卡通人的模样(注意:卡通人是左右对称的),然后用剪刀按照轮廓把它剪下来。
②用强力胶将卡通人的胸口位置固定在一枚图钉上。
③把铁丝向下弯成弧形,将卡通人粘在弧形铁丝的中端。两端铁丝一定要保持同样长度,这样才能保持平衡。
④捏两块大小相同重约50克的橡皮泥,固定在铁丝的两端。
⑤往塑料瓶里装水,拧上瓶盖,作为固定底座。
⑥以卡通人下端的图钉做基点,将纸人放到瓶盖之上。我们发现,晃晃悠悠几下之后,卡通人就能稳稳地站在瓶盖上面了。这是为什么?
游戏中的科学
我们知道,所有物体都要受到地心引力,其引力大小跟物体本身的质量有关系。在这个游戏中,质量最重的是两块橡皮泥,同时因为铁丝向下弯成一定弧度,而橡皮泥悬在下垂的铁丝两端,造成橡皮泥的重心很低,从而使卡通人有了比较低的重心。只要两边重心保持对称,卡通人就能够站立起来。
028折不断的火柴棍
痴迷指数★★★能力锻炼 动手能力 所用时间()分
当一根小小的火柴棍遇到粗粗的手指头时,竟然是火柴棍赢了,简直有点儿不符合“逻辑”!这是为什么呢?
工具潘多拉
火柴棍。
游戏对对碰
①把火柴棍横放在中指第一个关节的背上,用食指和无名指各压一端并向下压,中指向上抬。拇指和小指不能帮忙,也不能把手放在桌子上使劲儿,结果火柴棍折不断。
②换个姿势,中指在火柴棍上,食指和无名指在火柴棍下。同样规则,用中指往下压,食指和无名指往上抬,火柴棍还是没法折断。为什么连一根小小的火柴棍也折不断呢?
游戏中的科学
这是因为你的手指并未处于有利地位。杠杆是一种有用的简单机械,用得适当,可以省力。手指头也可以当做杠杆来用。游戏中折断火柴棍的支点就在手指关节与手掌的连接处。当你远距离施加力的时候,手指的力气太小,不足以折断火柴棍。但是如果你把火柴棍移到靠近手掌的指关节处,你会发现火柴棍很容易就被折断了,因为这时手指构成的这个杠杆已经有足够的力了。
029“自行”的小船
痴迷指数★★★能力锻炼 创新能力 所用时间()分
纸帆船大家都玩过,但你有没有玩过用乒乓球和糖块组合成的小船呢?
工具潘多拉
乒乓球,剪刀,糖块,大盆。
游戏对对碰
①用剪刀将乒乓球剪成两头弯弯的三等份,修剪成大致像小船的模样。把船尾截去一小块儿,修平。之后从船尾中间剪出一条缝,剪至船的3/5处。
②将糖块分成3份放于船中,将船放入装满水的大盆中,让水能透过剪出的缝隙浸润到糖块。这样,船就能自行前进了。难道糖块真的能让小船往前开吗?
游戏中的科学
其实这和水的表面张力有关。当糖块溶入水中之后,那一部分水的表面张力就大大减弱了,而另一端的水表面张力相比之下就强大得多,会把小船拉过去。糖块不断溶于水,一边的表面张力越来越弱,使得两边的表面张力差越来越大,这就给了小船源源不断的“动力”,让它一直往前行驶,直到糖块完全溶解为止。水的表面张力逐渐平衡,小船就停止不前了。
030猜猜哪根线先断
痴迷指数★★能力锻炼 观察力 所用时间()分
今天帮妈妈拔白头发,为了不让她感到很痛,我就很快地一拉,结果白头发只拔了一半儿,它从中间断了。这是为什么呀?
工具潘多拉
铁球,实验架(或用能够固定的吸管或门环代替),粗线,小木棍。
游戏对对碰
①在铁球两边的环上系粗线,并固定在实验架上,另一端系上小木棍。
②边慢慢拉下木棍,边观察哪一边的线会被拉断。
③瞬间快速往下拉小木棍,观察哪一边的线会被拉断。
如果慢慢拉动,那么被拉断的线应是实验架与球之间的线;如果在瞬间快速拉动,那么被拉断的则是小木棍与球之间的线。为什么会不一样呢?
游戏中的科学
我们先来分析用线连接的铁球所受的力有哪些。首先是地球对铁球的引力即重力;其次是为了不使铁球掉下来而固定在实验架上的线的拉力。这两种力处于平衡状态。
当慢慢拉动时,固定在实验架上的线拉力与地球引力处于相互平衡状态,而当人的拉力超过一定限度时,固定在实验架上的线因禁不住力而被拉断。即当慢慢拉动时,实验架与球之间的线被拉断;当猛然拉动时,由于球欲停止不动而人力要往下拉,则球与小木棍之间的线被拉断。
031弯折的力量
痴迷指数★★能力锻炼 动手能力 所用时间()分
我们知道,摩擦可以产生热量。但是你知道吗,弯折物体一样能让物体产生热量,觉得不可思议吧?
工具潘多拉
细铁丝,蜡烛,火柴。
游戏对对碰
①将细铁丝在同一个位置上快速地前后弯折20~30次,这样就能让弯折处产生热量(注意:不要碰触到弯折处,否则容易烫伤手指)。
②迅速将铁丝的弯折处放到点燃的蜡烛的外焰上,仔细观察,你就会发现铁丝弯折处与蜡烛的外焰相接触的部分形成了一个凹槽。为什么弯折过的铁丝会有这么大的热量呢?
游戏中的科学
这是因为当我们快速地前后弯折细铁丝的时候,我们对铁丝施加了力,这个力会对细铁丝做功。在这个过程中,我们对细铁丝弯折而产生的动能转化为热能,由此产生了热量,使得细铁丝的弯折处温度上升,所以当它触碰蜡烛的外焰时,能使蜡烛熔化产生凹槽。
032失重的感觉
痴迷指数★★★★★能力锻炼 想象力 所用时间()分
我们知道,当人类穿着厚重的衣服到达月球后,就会失重。那么,在地球上也会失重吗?
工具潘多拉
3根木条,细链条,细线,带托盘的台秤,砝码,钉子若干,锤子,火柴。
游戏碰碰对
①用锤子将3根木条钉成一个倒立的“U”形。
②将细链条的上端固定在木架的横梁上,下端用细线系在上端的一个环上。
③将此装置放在带托盘的台秤上,静止时观察台秤指针所显示的数字。
④点燃火柴烧断细线,会发现台秤上数字变小了。但是,当链条下落到静止状态时,台秤又恢复到原来的数字。这是为什么呢?
游戏中的科学
链条的另一端在下落的过程中发生失重的现象,失重的时候,物体对它的支撑体的作用力就会减小。在这个实验里,链条对木架的拉力减小了,因此台秤显示数字就会减小。
学以致用
坐过电梯的人都会有这样的感觉:当向上运行的电梯快要停的时候,人会有一种要向上飞的感觉,这就是失重的感觉。
033沉浮的问题
痴迷指数★★★能力锻炼 分析能力 所用时间()分
你见过浮在水面上的土豆吗?小石块为什么会沉入水底呢?而玉米粒却总是一些沉入水底,另一些浮在水面上?真是有点儿不明白这是怎么回事?
工具潘多拉
土豆,几块小石块和50克玉米粒,塑料盆,食盐。
游戏对对碰
①在塑料盆里倒半盆水,把土豆、小石块和玉米粒全部倒进去,结果全部下沉。
②往塑料盆里加食盐并不断搅和,结果土豆浮起来了,而小石块没有浮起来;有的玉米粒浮起来了,有的则没有浮起来。
游戏中的科学
原来,往水中加食盐之后,盐水的密度增大,浮力增大,所以土豆会浮起来。而小石块的重量远远大于同体积水的浮力,所以小石块浮不起来。干瘪的玉米粒密度小,所以上浮上来了。饱满的玉米粒密度大,所以浮不起来。你要知道,在农业生产中,农民伯伯经常用一定浓度的食盐溶液来选种。
034砸不碎的鸡蛋
痴迷指数★★能力锻炼 动手能力 所用时间()分
你听说过世界上有砸不碎的鸡蛋吗?这可是真的哦!下面我们一起来瞧瞧吧!
工具潘多拉
4个鸡蛋,厚约1厘米的薄木板,2块手巾,5块红砖和一把重300~500克的锤子。
游戏对对碰
①把鸡蛋分开排成两行,并在鸡蛋的上面和下面各放好折叠起来的手巾。
②将薄木板放在鸡蛋上,木板上面放5块红砖。
③举起锤子,对准红砖砸过去,结果鸡蛋没有碎,红砖却碎了,你是不是觉得有点儿奇怪?
游戏中的科学
鸡蛋之所以不会碎,是因为鸡蛋所受的压力和木板向上的弹力大小相等。根据计算可知,此力的大小由两部分决定,一部分是木板、红砖和锤子的重量,而另一部分是它们向下运动时的作用力。简单说,砖越重、锤子越小,鸡蛋所受的冲力就越小。鸡蛋上、下垫的手巾,使作用力进一步得到缓和,所以,红砖碎了,而鸡蛋却不碎。当然,红砖数不能过多,以防其重量过重压碎鸡蛋。
035旋转的奥秘
痴迷指数★★★能力锻炼 观察力 所用时间()分
有一种运动大多数人都会害怕,那就是原地转圈儿,因为一转头就会晕,甚至有人会因此而摔倒。如果转动水桶会出现什么情况呢?
工具潘多拉
水,小水桶。
游戏对对碰
①小水桶里装满水,将水桶口朝下,桶里的水一下子就洒在了地上。
②重新往水桶里装水,把盛满水的水桶甩着转,你会发现桶里面的水并没有洒出来。如果你加快速度,且旋转得足够快时,即使你把水桶来一个90度翻转,桶里的水也不会洒出来。
游戏中的科学
在物理学上,当物体作圆周运动时,由于向心加速度的作用,使物体类似于受到一股离心方向的力的作用,因此称为离心力。其实这种力并不存在。物体之所以会有离心运动的趋势,是惯性在起作用。当你旋转的速度加快时,由于惯性作用,所以桶里的水不会洒出来。
036拔“砖”比赛
痴迷指数★★★★能力锻炼 理解力 所用时间()分
一块砖谁都能一只手把它拿起来,可两个人“拿”的时候却拿不起来。这是怎么回事呢?
工具潘多拉
长绳子(稍粗),短绳子,砖头(稍微重一点儿)。
游戏对对碰
①先用短绳子把砖头系好。
②再把系了砖头的短绳子系在长绳子的中央。
③一切准备就绪。裁判一声令下:要求参赛的两名队员把吊着砖头的这根长绳子拉直扯平就算获胜;如果绳子没有拉直,就算砖头获胜。结果谁也没有拉直绳子。这是怎么回事呢?
游戏中的科学
原来,这是力在作怪。当绳子垂直吊着砖头的时候,两人所用的阻止砖头往下落的力,等于砖头本身的重量。当两人向两边拉绳时,所用的力与水平方向成一定的角度,在这种情况下,施加的力必须大于砖头的重力。所用的力与水平方向形成的角度越小,所需要的力越大。这就是为什么越把绳子拉到接近水平位置,越是要花大力气的原因。实际上,就是绳子被拉断,也不会拉成水平的。
037会跳舞的可乐罐
痴迷指数★★★★能力锻炼 想象力 所用时间()分
你见过会跳舞的可乐罐吗?我昨天真的见过,可到现在我还是不知道怎么做呢。
工具潘多拉
水,可乐罐,小木棍,纸,胶水。
游戏对对碰
①把杯子里的水倒入空的可乐罐(掌握好水的量,太少了可乐罐会直立起来,太多了可乐罐又会在倾斜的时候倒下)。
②用小木棍做旗杆,用纸做一面小旗。把小旗插入装水的可乐罐内。
③装水的可乐罐大约倾斜60度,小心调整可乐罐的位置、水的多少,使其能够以倾斜的姿态站立,不会倒下也不会直立起来。
④用嘴轻轻吹动或用手轻轻拨动可乐罐,它就会以倾斜的姿态“翩翩起舞”(注意拨动可乐罐时用力不要太大)。
游戏中的科学
可乐罐底部有一个斜面是它可以翩翩起舞的关键。罐内的液体适量,罐和罐内液体的重心垂线正好通过可乐罐底部的斜面,这样罐和罐内液体就处于平衡状态,但这种平衡不稳定,一定要小心转动它,否则就会倒下来。
038如何让硬币落下去
痴迷指数★★★★能力锻炼 创新能力 所用时间()分
我有一枚硬币被一根火柴牢牢地固定在瓶口,怎么才能不用手而让硬币自己落进瓶子里呢?
工具潘多拉
酒瓶,硬币,火柴棍,水。
游戏对对碰
①把火柴棍儿从中间折弯,但是不能折断。
②把这根被折成“V”字形的火柴棍架到一个酒瓶口上,然后在“V”字形火柴棍的中间放一枚硬币,硬币要比瓶口小。
③把手伸进碗里蘸一点儿水,把水滴滴在火柴棍折弯的地方。
④过一会儿,这个被折弯的火柴棍就会“动”起来,“V”字形的口就会越张越大,随后,硬币就会掉进瓶中(水的力量好神奇,竟然能让硬币自己落入瓶中)。
游戏中的科学
火柴棍一般是用木材做的,木纤维遇水会膨胀,火柴折弯处有一部分并没有折断,这部分遇水会膨胀得比较明显,火柴棍就会渐渐伸直,由于地球引力的作用硬币自然会掉进瓶中。
039飞出去的原因
痴迷指数★★★能力锻炼 创新能力 所用时间()分
很多人都梦想着能到太空去旅行,这个梦想在不久的将来是能够实现的。现在有一个方法让你也能体会到那种被发射升空的感觉。
工具潘多拉
带铁锥的伞,皮球,纸团。
游戏对对碰
①把伞撑开,用铁锥对着平滑的地面快速旋转。
②向快速旋转的伞内扔皮球和纸团,同时让伞继续旋转。你会发现皮球和纸团都被抛出了伞外。这是为什么呢?
游戏中的科学
其实这是物体运动的惯性在起作用。因为皮球并非沿着半径方向,而是沿着圆的运动方向被抛出来。
学以致用
经常去游乐场的人看到不断旋转着的游乐车都会忍不住要玩一玩。这种利用电动机使游乐车开始转动,然后逐渐提高旋转速度的装置,使玩儿的人不论站还是坐,甚至是躺着最后都会被抛向边缘地带。很刺激,喜欢的人可以去试一试。