物体会从低向高运动?

“锥体上滚”是科技馆中常见的学生比较感兴趣的展品，它的原理是重心的运动。虽然看到的现象好像是锥体在上滚，但是从侧面观察，锥体重心其实是下移的。造成错觉的原因是因为两条支撑杆虽然是向上抬起，但是杆间距离在不断增大，也就是说，杆支撑锥体的位置在向外移动，锥体的重心在锥体的内部整合中心上，具体位置在锥体的中心轴的中间，因此，从表面上看物体是由低向高运动，但这其实是锥体的形状以及导轨高低不等，给人造成了一种视觉错觉，实际上锥体的重心自始至终还是在下降。我们可以动手做个小实验体会一下。

空饮料瓶（1.5升）2个、中号漏斗2个、不锈钢光滑蚊帐撑杆（50cm长）2根、泡沫垫3块、透明胶布（或胶水）、剪刀（图1）。

（1）把2个空饮料瓶含瓶嘴部分（约占整瓶三分之一）用剪刀剪开，并用胶布粘在一起制成锥体，把2个漏斗用胶布粘在一起制成双锥体（图2）。

（2）高度大小合适的泡沫在泡沫的侧端自上而下间隔3厘米（孔离桌面分别约13.20厘米、10.20厘米），各挖两个孔。（图3）

（3）用2根撑杆及泡沫垫构建合适倾角斜坡。

几个角度控制好（关键3个角度：导轨的坡度角α、双轨道的夹角γ，双锥体的锥顶角β，满足tanβ/2tanγ/2tanα锥体会上滚）。本次实验双轨道的夹角γ约41度，斜坡矮侧离桌面高5.10cm，高侧离桌面高13.20cm 时，把漏斗锥体放至轨道顶角稍远点的地方，可观察到漏斗自动沿斜面爬升。

当斜坡矮侧离桌面高5.10cm，高侧离桌面高10.20cm 时，把饮料瓶双锥体放至离轨道顶角稍远点的地方，可观察到饮料瓶锥体自动沿斜面爬升。（图4、图5）

科技馆中老展品“锥体上滚”斜面倾角固定、两轨道间夹角固定，使用者只能动手体验一下，笨重、不易携带，不便于下乡开展科普活动。我从三点进行改进：一是轻快（重量轻）、简易（器材生活中易得），便于拆卸、携带，通过空心不锈钢管实现。二是两轨道间夹角可调，通过两个螺母实现;斜面倾角可调，通过弯钩调整轨道长度实现。三是锥体内重心可见，通过在锥体中央放置小红珠实现。让使用者加深对“锥体上滚”原理的理解及探究控制锥体上滚的三个角度间的关系获得新体验，效果明显。升级展品可用于科技老师便捷携带，演示锥体上滚时原理时使用。（图6）

重力和重心与人类的生活有着密切的联系，早在属于母系社会的西安半坡村遗址中，曾发掘到一种提水壶，这种水壶装水时就会往一边倾斜，装满水后则会自动立起来，非常方便于打水，这是古人智慧的体现。现如今，重心在运动、生活、建筑中等应用很多。

不倒翁是一种古老的中国儿童玩具，最早记载出现于唐代，形状像人，而在造型和重量上制成一经触动就摇摆，然后恢复直立状态。不倒翁的形体结构为空心壳体，重量很轻，下半身是一个实心的半球体，重量较大。利用的就是：上轻下重的物体比较稳定，即重心越低越稳定原理。生活中装载运输时，总是把重的物体放在下面，轻的物体放在上面。物体的重心在支撑面上时物体不会翻，落地式电风扇、话筒架、扎马步等都是这个原理。爬山走下坡是要放低重心，增加身体的稳定性。汽车在设计制造时，通过增加底盘占整个车体重量的比例，降低汽车的重心，可以使汽车在紧急刹车或者转弯时保持平衡状态，不容易侧翻，这些都是利用重心造福我们的生活。

不倒翁手机主要原理是在机身底部有电磁铁，当来电话或闹铃响起时，电磁起作用改变了手机的重心，手机就会像不倒翁一样自动站立起来，提示您接听电话或者查看闹钟，如果将其推倒，各种提示都会停止。这是一款能跳舞、真正好玩的手机，能给操控带来一些新意。

有1300年历史的西安小雁塔，历经几十次地震而不倒，尤其是1556年的一次地震，将其由56米的完整高度降为43米的现存高度，但是其塔身不倾斜，让人惊奇，原因何在？小雁塔塔基四周直径60米左右的地下，由外至塔基中心处的夯土层逐渐加深。中心部位是数层青石，上面用砖砌出塔基，同时地面垒了3米高的台基，其正上方才是塔身。这使得此塔整体上好似不倒翁一般，虽经千年而无大恙。