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如何落入塑料槽内

2023-10-17

科学大观园 2023年20期
关键词:铁球木条伽利略

小美:往天上扔的东西一定会落回地面吗?

大潘:当然啦!会受到地球重力的作用呀。

小美:重力?那是自由落体吗?比如我从操场往天上扔,然后就会落回操场,是吗?

大潘:原则上,是这样的呢。

小美:可是,我扔出去的饼干被树上的鸟吃了。

大潘:……

材料 

长木条、空瓶子、双面胶、弹珠、美工刀、瓶盖

步骤 

1.用美工刀切割塑料瓶,裁取瓶口一侧锥形部分,修剪成漏斗状。

2.准备一根50cm以上的长木条,在一端粘贴两片双面胶,间距10cm。

3.木條一段头粘瓶盖,10cm间隔粘漏斗状塑料槽。

4.将玻璃珠放入瓶盖中。

5.抬高瓶盖一端的长木条,与桌面成一定夹角,然后松手。

6.松开手后,尽管瓶盖中的玻璃球与塑料槽相距10厘米,在长木条着陆的一瞬间,瓶盖中的玻璃球居然落入了锥形塑料槽内,这是怎么回事呢?

注意:

如果失败了,建议尝试改变木条的长度、木条与桌面的夹角大小。

原理 

长木条一端被抬高与桌面形成夹角后松手,木条和玻璃球受重力作用下落。小球的下落过程是自由落体运动(直线运动),而木条的下落则是在做转动。相对于木条,小球存在水平方向的移动,只要夹角控制得好,在木片着陆的一瞬间,小球就会刚好落入锥形塑料槽内。

物体不受任何阻力且只在重力作用下降落叫自由落体。地球上的物体,如不考虑大气阻力,在低空状况下落的运动就是自由落体运动,即匀加速直线运动。运动物体通过的路径叫运动轨迹,运动轨迹是一条直线的运动叫作直线运动。

拓展

有一次下冰雹,伽利略倚在窗边,亲眼看见大小不同的冰雹都是在同时间一起落在地上,根据常识判断,它们是从同一高度一起下坠的,但是按照亚里士多德的学说,较大的冰雹应该先落到地面上,接着小冰雹才掉落下来。这显然与伽利略观察到的现象不符,伽利略由此开始对亚里士多德的自由落体理论产生怀疑。此后伽利略做了许多实验,证明亚里士多德的学说是错误的,于是他决心指出这项错误。1591年的某一天,在意大利比萨大学的校园里出现了一张通知,通知告诉人们:年轻的伽利略教授在他的学生的协助下,将于第二天中午在比萨斜塔上,做一个内容新奇而有趣的实验,邀请全体师生前往观看。

第二天中午,比萨斜塔脚下围了一群好奇的人,大家都议论纷纷,不知道伽利略到底要做什么实验。当伽利略到场后,他拿出两个铁球,重量分别为1磅和10磅,他问在场的学生和教授:“假如这两个铁球同时自塔顶自由落下,大家以为结果如何?”教授们一片哗然,按亚里士多德的学说,毫无疑问,当然是重的先于轻的落地。现在,居然有人提出了疑问。这些古板的教授暗自思忖,如果两个铁球以非常悬殊的速度坠落地面,那么亚里士多德的学说是正确的,伽利略将被冠上“说谎者”“搅局者”的罪名;要是两个铁球同时坠落地面,那该如何面对这个敢于质疑亚里士多德的人呢?是放弃奉行多年的亚里士多德的学说转而接受实验所证明的事实,还是对伽利略的实验视若无睹?

正在犹豫之时,伽利略跑上了塔顶,大喊:“请大家看清楚!”接着两个铁球同时从他的手心脱落,迅速下坠。下坠中,小球始终和大球并行,只听“啪”的一声,两个轻重不同的铁球竟同时落地!在场所有人都大吃一惊。伽利略用实验推翻了亚里士多德有关自由落体运动的学说。

◎ 来源|大潘科学实验站

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