引入背景:
在搞修建的时候,我们会看到工人师傅裁剪钢筋时,用的是一个高速旋转的砂轮,而不是用我们平时最为熟悉的锯子。当然,这个问题也许大家想得通,因为砂轮非常的硬,可以用来磨刀子。可是,你见过用一张普通的纸也可以锯断物体的吗?
实验器材:
一把电钻,一个固定电钻的底座(当然也可以不用底座而直接用人拿着电钻),一块硬纸壳,一张报纸,一把剪刀,一根带插座的电源线,几块大点的泡沫条。
实验步骤:
(1)用剪刀把纸壳剪成两个直接约10cm大小的圆片。(2)将报纸剪成直接约30cm大小的圆片。(3)将剪下的圆形报纸和两个硬圆形纸片重叠在一起(注意圆报纸夹在两个硬圆形纸片的中间),然后让钻头穿过它们的圆心,再将钻头插入电钻孔,用电钻上配置的固定螺帽将它们固定紧,如图47所示。(4)将电钻固定在底座上(或一个人直接拿住)。(5)将电钻的插头插入电源插孔,然后将电钻的电源开关打开,让钻头和纸高速旋转起来(注意人不要接触到报纸)。(6)用手拿着泡沫条去接触飞转的报纸,观察将会发生什么现象。
图47
实验现象:
高速旋转的报纸很轻松地将泡沫锯断了,感觉比平时的钢锯锯东西还要快些,而且感觉报纸变得非常的坚硬,边缘变得非常的锋利,如图48所示。
图48
图49
原理剖析:
其实纸的边缘锋利这一点大家都知道,因平时在翻书时一不小心手指就被纸划一条口子了。
但高速旋转的报纸变得又硬又锋利,这得从离心现象或离心力说起。我们先来看下面这个简单的实验,将一根弹簧的一端固定在一个转盘的转轴位置,弹簧的另一端系在一个金属小球上,如图49所示。
图50
图51
当转盘不转动时,弹簧没有伸长,如图50所示,说明此时小球对弹簧没有拉力。可当转盘转动后,弹簧开始伸长,且转速越大,弹簧伸得越长,表明小球对弹簧向外的拉力也就越大,如图51所示。
这个拉力就是我们平时所说的“离心力”,当弹簧对小球的拉力与小球的离心力平衡时,小球就做稳定的圆周运动。此实验说明了做圆周运动的物体相当于受到一个“离心力”的作用(实际上这个力并不存在,因这个力没有施力物体)。
我们再来看一个实际的例子,在东北传统的二人转中,都有转手绢的表演。一块柔软的手绢,在被表演者转动起来之后,就变得像一个硬的圆盘似的,如图52所示。为什么会这样呢?这是因为手绢在转动起来之后,“受到”一个离心力的作用,除转轴处,其他各部分相当于都受到一个沿半径向外的作用力,再加上手绢“表面张力”的作用,使得各部分又不至于飞出去,这样,整个手绢都被绷紧了,因此就变得像一个硬的圆盘似的。
图52
同理,上面电钻上的普通报纸,在飞速旋转时也就变得坚硬无比了,再加上报纸很薄,因此就显得很锋利,遇到障碍物时也就可以很轻松地将其切开了。
此实验现象会让我们联想到,在一些功夫片中武林高手用一片树叶子或扑克牌就可以轻松地将人杀死,也基本上是利用了这个原理。
说明:
(1)本实验具有一定的危险性,因此在做的过程中最好是戴上手套,防止不小心手碰到高速旋转的报纸时被划破,另外还要注意手不要碰到钻头。(2)实验中用两块硬纸壳将报纸夹在中间,其目的是将报纸基本上定型,否则,电钻一启动报纸就可能被撕破了。(3)此实验中,如果没有电钻的话也可以用家用的电风扇来代替,即将电风扇的外罩取下,再将扇叶那一部分,换成硬纸片和报纸,固定好就可以了,锯物体时将电风扇的转速开到最大的那一挡。(4)此实验可以在学习离心运动那部分内容时,作为离心运动的应用及拓展实验来演示,当然,也可以在其他场合作为趣味实验来演示。
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