證券配資APP孩子離不開(kāi)玩具,好的玩具,不但可以讓孩子開(kāi)心,還能引起孩子對(duì)世界的好奇和思考證券配資APP,而這些品質(zhì)對(duì)孩子日后的發(fā)展大有裨益。而且,別看兒童玩具相對(duì)比較簡(jiǎn)單,很多玩具用到的原理其實(shí)可以一直用到太空中去。
鐵皮青蛙、回力車、八音盒
我們小時(shí)候都玩過(guò)發(fā)條鐵皮青蛙……什么?你沒(méi)玩過(guò)?那一定是你經(jīng)歷了鐵皮青蛙已經(jīng)過(guò)時(shí)而某寶尚未興起的代溝期。除了小青蛙,回力車、八音盒也都要用到發(fā)條。
上發(fā)條的時(shí)候,我們手上的動(dòng)能傳遞給發(fā)條,以彈性勢(shì)能的方式存儲(chǔ)在發(fā)條里。當(dāng)松開(kāi)手時(shí),發(fā)條就緩緩舒展,把彈性勢(shì)能重新轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,讓鐵皮青蛙呱呱叫著往前跳,讓回力車沖向終點(diǎn)線,讓八音盒的滾筒撥動(dòng)琴弦,奏響美妙的音樂(lè)。在大人的世界里,彈性勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)換還能用來(lái)做其他事情。比如從遠(yuǎn)古時(shí)代起,世界各地的人們就發(fā)明了弓箭,利用彈性勢(shì)能來(lái)捕獵打仗。現(xiàn)在,人們把發(fā)條放到機(jī)械表里,讓它驅(qū)動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng),或是放進(jìn)卷尺或吸塵器,讓它幫著快速收起卷尺或線纜。老式的沙發(fā)里面裝的是彈簧,汽車和許多大型精密設(shè)備使用彈簧或者液壓裝置來(lái)吸收運(yùn)動(dòng)能量,達(dá)到減震的效果。而彈簧秤是中學(xué)物理課必備的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,甚至在菜市場(chǎng)上,也常常見(jiàn)到手拿彈簧秤的老先生老太太們。
那這和太空又有什么關(guān)系呢?咱們當(dāng)然不可能用弓箭或者彈弓子把航天器直接崩上太空,這個(gè)原理在太空中的用途之一,是幫航天員稱體重。
你可能會(huì)說(shuō):不對(duì)啊?空間站是微重力環(huán)境,彈簧秤也沒(méi)法稱啊?這時(shí)就要牛頓第二定律來(lái)幫忙了:航天員把自己固定在已拉伸彈簧的一端,當(dāng)彈簧恢復(fù)原位時(shí),同時(shí)測(cè)量航天員的回彈加速度,就能求出航天員的體重。
陀螺、空竹
陀螺這個(gè)玩具,全國(guó)各地的叫法雖然不太一樣,但是玩法都是一鞭又一鞭,很是好玩。陀螺的個(gè)頭常常比較小,大個(gè)子弓著身子玩一會(huì)兒,腰就直不起來(lái)了。大孩子和老兒童們適合玩抖空竹,兩根棍一條繩,就能抖出許多花樣。筆者曾聽(tīng)過(guò):“你給我一個(gè)鍋蓋,我也能給你抖起來(lái)。”抖不論陀螺還是空竹,共同的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)得穩(wěn)。為什么它們能轉(zhuǎn)穩(wěn)?背后的原理是角動(dòng)量守恒。
角動(dòng)量是衡量物體旋轉(zhuǎn)的一個(gè)物理量,它的方向和大小不會(huì)輕易改變。玩過(guò)指尖陀螺的小伙伴們都知道,陀螺轉(zhuǎn)起來(lái)之后,給它改個(gè)方向,就能感受到它強(qiáng)烈的“掙扎反抗”。利用角動(dòng)量守恒的規(guī)律,人們?cè)跇屌诘墓鼙谏峡坛鎏啪€(也叫來(lái)復(fù)線),使子彈繞著軸線旋轉(zhuǎn)起來(lái),這樣它飛往目標(biāo)時(shí),就一直彈頭朝前,不會(huì)在空中翻滾,這樣可以飛得盡量遠(yuǎn)。抖過(guò)單輪空竹(包括上面老先生說(shuō)的鍋蓋)的玩家還知道,單輪空竹落到繩上之后,會(huì)一邊自轉(zhuǎn),一邊圍著玩家轉(zhuǎn)。這個(gè)現(xiàn)象叫“進(jìn)動(dòng)”,是守恒的角動(dòng)量被地球重力“扭轉(zhuǎn)”后“傾倒”的結(jié)果,只是它的“傾倒”是朝著側(cè)向進(jìn)動(dòng),而不是直挺挺地一頭扎到地上去。感知這個(gè)“進(jìn)動(dòng)”,裝有陀螺的設(shè)備就可以知道自己的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生了扭轉(zhuǎn)。這種設(shè)備叫做“陀螺儀”,是飛機(jī)、衛(wèi)星、太空望遠(yuǎn)鏡、空間站上必備的重要姿態(tài)控制裝置。
另外順便說(shuō)一句,拋開(kāi)那些高大上的精密儀器不談,人家陀螺本螺自己就上過(guò)太空。
竹蜻蜓、水火箭
竹蜻蜓是中國(guó)傳統(tǒng)的兒童玩具,它的制作也很簡(jiǎn)單,一個(gè)竹片兩端各自削成迎風(fēng)斜面,中間插根小木棍,兩手一搓就能飛上天。
支持竹蜻蜓的物理原理,是牛頓第三定律。
當(dāng)竹蜻蜓轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)時(shí),葉片的斜面推動(dòng)空氣向下運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓第三定律,作用力必有反作用力,大小相等方向相反,作用在同一直線上,于是空氣推動(dòng)竹蜻蜓向上飛。來(lái)到大人世界里,竹蜻蜓就成了飛機(jī),包括直升機(jī)和固定翼飛機(jī)。背后的終極支持原理,都是要把空氣更有效地推向/丟向下方,從而對(duì)機(jī)翼/旋翼產(chǎn)生強(qiáng)大的抬升力。
同樣是牛頓第三定律,還造就了另一個(gè)高級(jí)玩具,就是水火箭,好多小伙伴上物理課時(shí)都親手制作過(guò)。往密閉的可樂(lè)瓶體里打氣,猛然推開(kāi)噴口時(shí),壓縮空氣推動(dòng)瓶里的水向下噴出,在反作用力的推動(dòng)下,水火箭就扶搖直上了(水火箭也有一定危險(xiǎn)性,大家千萬(wàn)注意安全)。水火箭和正經(jīng)的航天火箭原理上已經(jīng)相差不多,只是推進(jìn)劑不同而已。而在其他方面,就連“推進(jìn)劑本身也是負(fù)擔(dān),需要仔細(xì)計(jì)算”,都是一樣的。
肥皂泡
我們小時(shí)候玩吹泡泡的時(shí)候,一定都對(duì)泡泡上的顏色癡迷過(guò)。它是怎么形成的?是肥皂水的顏色嗎?為什么顏色一消失,泡泡很快就會(huì)破裂呢?藏在肥皂泡顏色背后的秘密,是光的波動(dòng)性質(zhì)。
我們雖然通常說(shuō)太陽(yáng)光是白光,但實(shí)際上并不存在“白光”,陽(yáng)光是由許多種顏色(頻率)的光組成,不同顏色的光有不同的波長(zhǎng)。當(dāng)同一束光波分別從肥皂泡的內(nèi)外兩壁反射的時(shí)候,就會(huì)產(chǎn)生兩束光波,如果這兩束光波正好是波峰疊波峰,波谷疊波谷,顏色就會(huì)加強(qiáng),如果正好是波峰對(duì)波谷,波谷對(duì)波峰,顏色就會(huì)抵消。這樣一來(lái),哪種顏色會(huì)增強(qiáng),哪種顏色會(huì)抵消,是由泡泡的水膜厚度與我們的觀察角度決定的。這種現(xiàn)象叫做“干涉”,產(chǎn)生的條紋叫做干涉條紋。
在重力的作用下,肥皂泡的水會(huì)慢慢順著周邊往下流。當(dāng)泡泡的水膜足夠薄的時(shí)候,它的內(nèi)外兩壁對(duì)任何顏色都無(wú)法造成顯著的干涉效應(yīng)。所以,看到肥皂泡褪色的時(shí)候,我們就知道它離崩潰不遠(yuǎn)了。
利用干涉效應(yīng),科學(xué)家造出了許多科學(xué)觀測(cè)設(shè)備,其中很多是為了幫助我們探索宇宙的奧秘。有些設(shè)備在物理發(fā)展史上“戰(zhàn)功赫赫”,例如邁克爾遜-莫雷干涉實(shí)驗(yàn),直接否掉了以太之前假想的光的傳輸介質(zhì)。有些設(shè)備大而無(wú)形,我們身處其間,都感受不到它的存在。例如著名的事件視界望遠(yuǎn)鏡,由散落在世界各處的若干座射電望遠(yuǎn)鏡組成,它使用“甚長(zhǎng)基線干涉”技術(shù),拍攝到了兩座特大黑洞的影像。
噗噗船
在《懸崖上的金魚(yú)公主》電影里,我們看到一個(gè)有趣的玩具船,宗介和波妞乘坐的“噗噗船”。點(diǎn)著一支蠟燭(被魔力放大了),放在小鍋爐下面,小船就噗噗噗地前進(jìn)了。
在現(xiàn)實(shí)世界里,這樣的船是真能造出來(lái)的。把易拉罐的鋁箔剪貼成一個(gè)小扁包,插入兩根吸管(兩根是為了在后續(xù)步驟里注水方便),用滴膠封好鋁包和吸管結(jié)合部位的縫隙,從吸管注入一些水,準(zhǔn)備一艘插有一節(jié)蠟燭的小紙船,把鋁包架到蠟燭火苗上方,把吸管置于水中,就能看到小船噗噗前行了。
驅(qū)動(dòng)噗噗船的發(fā)動(dòng)機(jī),在熱機(jī)原理里稱為“斯特林引擎”,它通過(guò)讓密閉空間里的氣體/液體不斷在熱區(qū)和冷區(qū)之間振蕩流動(dòng),推動(dòng)引擎做功。斯特林引擎是一種外燃機(jī),是從外部加熱的,比起我們更熟悉的內(nèi)燃機(jī)來(lái)(比如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)就是在氣缸里燒汽油的內(nèi)燃機(jī)),它的最大特色就是不限熱源,不論你是摩擦生熱也好,燒柴也好,用電也好,太陽(yáng)能也好,核反應(yīng)也好,只要能產(chǎn)熱,都能充當(dāng)熱區(qū)的熱源。這樣的話,在太空中都可以用斯特林引擎了。當(dāng)然,在太空中使用斯特林引擎的話,還有一些細(xì)節(jié)難關(guān)需要克服,例如潤(rùn)滑油問(wèn)題。
這里說(shuō)一個(gè)低調(diào)的好消息,神舟十五號(hào)完成的在軌試驗(yàn)中,有一項(xiàng)就是“空間高效自由活塞斯特林熱電轉(zhuǎn)換試驗(yàn)”,它在未來(lái)載人月球及深空探測(cè)任務(wù)中,具有廣闊的應(yīng)用前景。
最后,也要跟小伙伴們強(qiáng)調(diào)一下,雖然咱們這篇文章是按照“玩具-理論-上太空”的順序來(lái)組織,但并不意味著用來(lái)造大家伙的理論都是從玩具悟出來(lái)的,相反,好多時(shí)候,是人們先把火箭送上了太空,然后童心未泯的工程師們就開(kāi)始琢磨,利用這個(gè)原理能做個(gè)什么東西玩玩呢?
文章為作者獨(dú)立觀點(diǎn),不代表十大配資公司觀點(diǎn)