雨天转动雨伞,伞面水珠齐刷刷向外飞溅;洗衣机高速脱水,衣物水分瞬间被甩离;呼啦圈不停旋转,牢牢贴在身上不会掉落…… 这些随处可见的生活场景,背后藏着怎样的物理秘密?本期《科普总动员》之 “科学议事厅”,丫丫姐姐携手四位小记者,邀请济南市历城第二中学李潇爽老师,通过三组趣味小实验,带你揭开看不见的惯性离心力的奥秘。
给孩子的梦想
插上科技的翅膀
气球里的“魔法”水环
旋转气球,气球里的水为何会凭空向上聚拢,形成一条完整的水带?
实验器材
气球、清水、色素(增强视觉效果)、打气筒、绳子、剪刀
实验现象
•气球静置时,水全部沉在底部;
•拉紧绳子快速旋转气球,瓶内清水向上聚拢,形成一圈完整水带;
•停止旋转,水瞬间回落到底部。
实验原理
气球高速转动时,气球内壁和水之间的摩擦力带动内部的水一同做圆周运动。水旋转后依靠惯性产生离心现象,水会远离气球竖直中心轴,向气球侧壁靠拢;转速越快离心力越大,强大的离心力克服重力,把水紧紧压在气球内壁,水向上聚集,形成水带;旋转不停,离心力和重力保持受力平衡,水不会掉落。当气球停止旋转,离心力随之消失,重力占据主导,水就重新回落到底部。
隔空悬浮的神奇乒乓球
不用手碰,怎样让乒乓球乖乖跟着杯子移动?
实验器材
玻璃杯、兵乓球
实验现象
•手持杯子高速旋转,无需触碰,乒乓球牢牢贴在杯壁,还能跟随杯子转移;
•转速放慢后,小球转几圈缓缓落下。
实验原理
杯子带动乒乓球同步旋转,小球因惯性产生向外的离心趋势,杯壁挤压力充当向心力。转速越快,摩擦力越大,足以抵消乒乓球重力;转速降低,离心效应减弱,摩擦力不足以支撑小球,小球便掉落。
自制迷你加速“水龙卷”
倒置水瓶后,水滴答落下,旋转后为何瞬间冲出“水龙卷”?
实验器材
两个矿泉水瓶(两瓶盖打孔并用胶带固定)、水
实验现象
•水瓶倒置静置,水流断断续续、滴落十分缓慢;
•双手水平旋转整套水瓶,瓶内快速形成中空水龙卷,水流顺畅快速向下流淌。
实验原理
静置状态下,水和空气互相挤占通道,水流受阻;旋转产生离心效应,水体紧贴瓶壁,中间留出空气通道,空气与水流互不干扰,水流便能快速流下。
离心力全称“惯性离心力”——它是旋转参考系里“虚构”的等效力,本质是物体惯性的体现,不存在施力物体。虽然这个力本身不真实,但高速旋转带来物料分离、物体甩脱、人体超重的惯性现象、效果客观真实存在。因此科学家顺势利用这种惯性效应,将其运用在工业离心机物料分层、航天大型离心机模拟超重环境等诸多领域,充分发挥离心效应的实用价值。
更多知识,周六17:20锁定《科普总动员》,和丫丫姐姐一起解锁惯性离心力的隐藏奥秘!
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