運(yùn)動(dòng)之律科技館介紹

14/15“探索與發(fā)現(xiàn)”展廳“運(yùn)動(dòng)之律”展區(qū)目錄TOC\o”1-1"\h\z\u1、運(yùn)動(dòng)的世界 1HYPERLINK\l”_Toc238022460”2、巨匠對(duì)話 2HYPERLINK\l”_Toc238022461”3、作用力與反作用力 25、物體上滾 4HYPERLINK\l”_Toc238022464”6、獨(dú)輪車(chē)走鋼絲 5_Toc238022466”8、科里奧利力 69、掉?不掉? 710、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 811、角動(dòng)量守恒 8HYPERLINK\l”_Toc238022470"12、共振秋千 9HYPERLINK\l”_Toc238022471”13、龍形擺 1014、彈簧擺 11_Toc238022475”17、伯努力定律 1318、流體阻力 141、運(yùn)動(dòng)的世界太陽(yáng)東升西落，車(chē)輛南來(lái)北往，河水潺潺，草長(zhǎng)鶯飛……從宇宙中的天體，到我們的日常生活,運(yùn)動(dòng)無(wú)處不在。我們一直生活在一個(gè)運(yùn)動(dòng)的世界里，此展項(xiàng)為一個(gè)展項(xiàng)組，是運(yùn)動(dòng)之律展區(qū)的開(kāi)篇展項(xiàng)。由布朗運(yùn)動(dòng)、傅科擺和傅科擺小實(shí)驗(yàn)三部分構(gòu)成，名字叫做“運(yùn)動(dòng)的世界”.（1)傅科擺和傅科擺小實(shí)驗(yàn)大家都知道地球在圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的同時(shí)，地球本身也在不停地自轉(zhuǎn)。那么您知道如何才能證明地球在不停地自轉(zhuǎn)嗎？1851年，傅科在巴黎向世人展示了他的擺錘實(shí)驗(yàn),這就是著名的傅科擺。通過(guò)這件展項(xiàng)，就能證明我們腳下的地球時(shí)刻不停地在自傳。當(dāng)年，傅科在大廳的穹頂上懸掛了一條67米長(zhǎng)的繩索,繩索的下面是一個(gè)重達(dá)28千克的擺錘。擺錘的下方是巨大的沙盤(pán)。每當(dāng)擺錘經(jīng)過(guò)沙盤(pán)上方的時(shí)候，擺錘上的指針就會(huì)在沙盤(pán)上面留下運(yùn)動(dòng)的軌跡。在實(shí)驗(yàn)中，人們看到，擺動(dòng)過(guò)程中擺動(dòng)平面沿順時(shí)針?lè)较蚓従忁D(zhuǎn)動(dòng)，擺動(dòng)方向不斷變化。分析這種現(xiàn)象，擺在擺動(dòng)平面方向上并沒(méi)有受到外力作用，按照慣性定律，擺動(dòng)的空間方向不會(huì)改變，因而可知，這種擺動(dòng)方向的變化，是由于觀察者所在的地球沿著逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果,地球上的觀察者看到相對(duì)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，從而有力地證明了地球是在自轉(zhuǎn)。傅科擺放置的位置不同，擺動(dòng)情況也不同。在北半球時(shí)，擺動(dòng)平面順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；在南半球時(shí)，擺動(dòng)平面逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而且緯度越高，轉(zhuǎn)動(dòng)速度越快；在赤道上的擺幾乎不轉(zhuǎn)。而我們這里則再現(xiàn)了傅科的這個(gè)實(shí)驗(yàn)，向您展示宏觀世界地球的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。如果您還有興趣的話可以看看旁邊的傅科擺小實(shí)驗(yàn)，做進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。（2）布朗運(yùn)動(dòng)1827年，布朗在用顯微鏡觀察水中懸浮的花粉粒子時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)粒子在無(wú)外力作用下,總不停地運(yùn)動(dòng)。布朗對(duì)這一現(xiàn)象鍥而不舍地耐心觀察，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)懸浮在液體或氣體中的微粒做永不停地?zé)o規(guī)則運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象就是“布朗運(yùn)動(dòng)”。布朗運(yùn)動(dòng)間接地證實(shí)了分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng),溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈,粒子越少，分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。而這件展項(xiàng)則再現(xiàn)了布朗運(yùn)動(dòng)，展示微觀世界中分子間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，展項(xiàng)由帶懸浮顆粒的液體、加熱裝置、體視顯微鏡及展臺(tái)構(gòu)成.帶懸浮顆粒的液體為一種帶有顏料的液體，從中我們可以觀察顏料中的微粒。您可通過(guò)體視顯微鏡目鏡觀察懸浮顆粒在液體中的運(yùn)動(dòng)，了解和認(rèn)識(shí)布朗運(yùn)動(dòng)。傅科通過(guò)傅科擺驗(yàn)證了地球的自轉(zhuǎn),證明了天體的運(yùn)動(dòng)。布朗通過(guò)布朗運(yùn)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)研究和理論分析間接地證實(shí)了分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，驗(yàn)證了微觀世界同樣也是運(yùn)動(dòng)的，為日后的科學(xué)家進(jìn)一步解釋這一現(xiàn)象提供了有力依據(jù)。所以我們只要善于觀察生活，就會(huì)發(fā)現(xiàn)科學(xué)就在我們的身邊。2、巨匠對(duì)話您有過(guò)與牛頓、愛(ài)因斯坦、海森堡等科學(xué)家對(duì)話的經(jīng)歷嗎?也許您會(huì)說(shuō)：這怎么可能？！展項(xiàng)《巨匠對(duì)話》就可以讓您體驗(yàn)這樣的經(jīng)歷。當(dāng)您進(jìn)入操作區(qū)域后，您可以按照顯示屏的提示，通過(guò)按鈕，選擇感興趣的討論話題并與科學(xué)巨匠們進(jìn)行對(duì)話。在討論活動(dòng)中，科學(xué)家們各抒己見(jiàn)，牛頓說(shuō)明他對(duì)經(jīng)典力學(xué)的看法；愛(ài)因斯坦闡述他的相對(duì)論觀念；海森堡解釋著他在微觀世界中的量子力學(xué).通過(guò)觀看科學(xué)家之間的對(duì)話表演,您可以了解三位偉大科學(xué)家在探索運(yùn)動(dòng)規(guī)律中的重要理論、貢獻(xiàn)，以及他們?cè)诳茖W(xué)探索與發(fā)現(xiàn)中的艱辛歷程。通過(guò)與科學(xué)家之間的對(duì)話，您可以領(lǐng)悟到生活在不同時(shí)期的牛頓、愛(ài)因斯坦、海森堡等科學(xué)家在探索運(yùn)動(dòng)規(guī)律中體現(xiàn)的科學(xué)精神、科學(xué)思想和科學(xué)方法,感悟?qū)τ谶\(yùn)動(dòng)規(guī)律的探索永無(wú)止境。那么這種神奇的經(jīng)歷又是如何實(shí)現(xiàn)的呢?首先我來(lái)為您介紹一下幾位巨匠的模型是如何制作的.愛(ài)因斯坦人物模型是按真人比例制作,可實(shí)現(xiàn)頭、手及身體部位的動(dòng)作，位于書(shū)房中間。您還可以看到有一個(gè)幻像裝置安裝于展項(xiàng)右邊，采用三維動(dòng)畫(huà)及幻影成像技術(shù)分別呈現(xiàn)牛頓、海森堡兩個(gè)科學(xué)家的半身動(dòng)態(tài)人物影像，影像按真人比例制作.黑板造型的顯示屏則放在愛(ài)因斯坦人物模型和幻影成像之間,用來(lái)呈現(xiàn)科學(xué)家們的理論及相關(guān)方程式。3、作用力與反作用力這件展項(xiàng)叫做作用力和反作用力，您看它由展臺(tái)、炮、鐘擺、小球、軌道、炮彈回收裝置構(gòu)成.在操作過(guò)程中，您可以親手將炮彈放入炮筒之中,通過(guò)按鈕選擇炮對(duì)炮彈施加的力的大?。ù蟆⒅?、小三種）?？諝馀跁?huì)在壓縮空氣的驅(qū)動(dòng)下，將小球按照您所選擇的力量，以平射形式射出。您會(huì)發(fā)現(xiàn)在炮彈發(fā)射的同時(shí)，炮身后退并撞擊位于其后面的小球。由于您選擇射擊的力量不同，所以炮身后退撞擊后面小球的力度也就不同。首先我們解釋一下炮身為什么會(huì)后退撞擊后面小球。這是因?yàn)樵诎l(fā)射炮彈時(shí)，炮身對(duì)炮彈施加作用力。炮彈向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，反作用力將使炮身向后運(yùn)動(dòng)，炮身后退時(shí)將撞擊位于其后的小球,小球受力沿軌道運(yùn)動(dòng)并撞擊設(shè)置于軌道末端的鐘擺，鐘擺擺幅大小可顯示炮身所受的反作用力大小.那為什么根據(jù)您選擇射擊的距離不同，炮身后退撞擊后面小球的力度也就不同呢？這是因?yàn)榕谏戆l(fā)出的作用力不同，所以它所受到的反作用力也不同，后退時(shí)撞擊位于炮身后方的小球的力量也不相同。小球撞擊位于軌道末端的鐘擺的擺動(dòng)幅度也不相同，所以鐘擺擺幅大小可顯示炮身所受的反作用力大小。通過(guò)這件展項(xiàng)，我們相當(dāng)于做了一個(gè)小實(shí)驗(yàn),認(rèn)識(shí)了經(jīng)典的牛頓第三定律，即兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。在日常生活中，這樣的例子也是隨處可見(jiàn)的：我們走路的時(shí)候，腳將地往后蹬（作用力）,地就把腳往前推（反作用力）,使我們的身體前進(jìn)。劃船的時(shí)候，槳將水往后推（作用力）,水將槳往前反推，從而使船能前進(jìn)。同樣，往后噴射出去的高速燃燒的氣體反推著火箭前進(jìn).所以科學(xué)就在我們的身邊，科學(xué)是無(wú)處不在的。4、飛鷹這件展項(xiàng)叫做飛鷹。您可以將大小不同的模型鷹放在展臺(tái)上任意處,之后用手指輕輕點(diǎn)動(dòng)模型鷹，觀察其運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的變化和穩(wěn)度。您會(huì)發(fā)現(xiàn)這些鷹可以非常穩(wěn)固地放在展臺(tái)上的任意處。那為什么飛鷹可以如此穩(wěn)固地放置呢?這是因?yàn)樗昧朔€(wěn)定平衡規(guī)律以及重心與穩(wěn)度關(guān)系等科學(xué)概念而設(shè)計(jì)的。說(shuō)到這里就不得不提到重力了。由于地球的吸引使物體受到的力叫做重力.重力的方向是豎直向下的,物體各部分所受重力的合力作用點(diǎn)叫做物體的重心，重心與物體的平衡有著密不可分的聯(lián)系.靜止的物體依托在它的支持物上，物體是否穩(wěn)固，取決于物體重心的位置：如果通過(guò)重心的鉛垂線——重力作用線落在支面以?xún)?nèi),稍有振動(dòng)，物體仍會(huì)恢復(fù)到原來(lái)位置;如果重力作用線落在支面以外，物體就會(huì)翻倒下去。展項(xiàng)中的飛鷹利用重心與穩(wěn)度的科學(xué)規(guī)律將重心進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，因此飛鷹可以穩(wěn)固地放置。在日常生活中我們也經(jīng)常利用到這些原理。比如說(shuō)賽車(chē),為了降低賽車(chē)的重心高度，制造出了更加低矮的“低懸掛型”賽車(chē).重心降低后的賽車(chē)就不容易翻車(chē)了。我們?cè)賮?lái)看看不倒翁：不倒翁的整個(gè)身體都很輕，只是在它的底部有一塊較重的鉛塊或鐵塊，因此它的重心很低;另一方面，不倒翁的底面積大而圓滑,容易擺動(dòng)。當(dāng)不倒翁向一邊傾斜時(shí),由于支點(diǎn)（不倒翁和桌面的接觸點(diǎn)）發(fā)生變動(dòng)，重心和支點(diǎn)就不在同一條鉛垂線上，這時(shí)候，不倒翁傾斜的程度越大，重心離開(kāi)支點(diǎn)的水平距離就越大，重力產(chǎn)生的擺動(dòng)效果也越大,使它恢復(fù)到原位的趨勢(shì)也就越顯著，所以不倒翁是永遠(yuǎn)推不倒的。像不倒翁這樣：原來(lái)靜止的物體在受到微小擾動(dòng)后能自動(dòng)恢復(fù)原位置的平衡狀態(tài)，在物理學(xué)上叫做穩(wěn)定平衡。5、物體上滾這件展項(xiàng)叫做物體上滾。首先我們先選擇一種測(cè)試物體放到軌道的低端,之后通過(guò)調(diào)節(jié)旋鈕，并同時(shí)調(diào)節(jié)軌道間的俯仰角和軌道間的夾角，大家就會(huì)發(fā)現(xiàn)其中的錐體在沒(méi)有動(dòng)力的情況下，自己向上滾動(dòng)。俗話說(shuō)“人往高處走，水往低處流”。在我們的常規(guī)認(rèn)識(shí)中,基本上所有的物體都應(yīng)該是由于受到重力的作用,從高處去往低處的。但是您看這件展項(xiàng)，它分明就是從低處去往高處的。這是怎么回事呢？難道它違背了自然規(guī)律嗎？請(qǐng)您仔細(xì)觀察.首先錐體和軌道的形狀特殊：一頭高一頭低的是軌道，不是斜面；滾動(dòng)的是雙圓錐體，不是圓柱體。另外軌道是八字排列,不是平行排列。高端軌道之間距離大，錐體落在雙桿中間重心低；而低端軌道之間距離小，錐體在低端被雙桿支起重心比在高端時(shí)還要高。所以將雙圓錐體放在低端由靜止自由釋放時(shí)，錐體會(huì)慢慢向上滾動(dòng)。雖然我們看到的是錐體在向上滾，但由于錐體和軌道的巧妙結(jié)構(gòu)，實(shí)際上錐體的重心還是在向下運(yùn)動(dòng)，這是符合自然規(guī)律的。通過(guò)這件展項(xiàng)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)不論是看待一件事物還是對(duì)待科學(xué)，我們都不能只看到它的表面，還要探究其實(shí)質(zhì)。6、獨(dú)輪車(chē)走鋼絲這件展項(xiàng)叫做獨(dú)輪車(chē)走鋼絲。鋼絲固定在展臺(tái)上的兩根立柱模型之間,您可以通過(guò)操作手柄調(diào)整鋼絲繩一端的高度，使獨(dú)輪車(chē)可從高到低沿鋼絲運(yùn)動(dòng).獨(dú)輪車(chē)的座椅上騎著一個(gè)火柴棍機(jī)器人，由它為參與者表演騎車(chē)走鋼絲的“絕活”.機(jī)器人身上固定有安全繩，安全繩套在頂部的鋼絲上可隨機(jī)器人的移動(dòng)而移動(dòng)，防止獨(dú)輪車(chē)車(chē)身傾斜。獨(dú)輪車(chē)下方連接有配重裝置,它們是可伸縮的連接桿和下端吊掛的配重筐，調(diào)節(jié)連接桿的長(zhǎng)度和配重物，可達(dá)到改變獨(dú)輪車(chē)配重的目的。而這件展項(xiàng)的有趣之處更在于您既可觀看獨(dú)輪車(chē)走鋼絲的表演，還可親自動(dòng)手參與其中：通過(guò)調(diào)整桿長(zhǎng)或?yàn)榈鯒U下籃筐中配置不同重物的方式，觀察機(jī)器人能否順利平穩(wěn)地走過(guò)鋼絲，從而幫助機(jī)器人穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)騎車(chē)走鋼絲的表演.那您一定很好奇,為什么機(jī)器人不會(huì)掉落呢？這是因?yàn)楠?dú)輪車(chē)支架下端的配重,可使人、車(chē)、配重三者組成的整體重心處于支點(diǎn)的下方,因此是穩(wěn)定平衡。一旦車(chē)身歪斜，便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)回復(fù)力矩，使車(chē)身回到豎直位置.而當(dāng)配重的重量不當(dāng),便會(huì)使人、車(chē)、配重三者組成的整體重心變化，失去平衡，導(dǎo)致獨(dú)輪車(chē)歪倒無(wú)法行駛。物體的重心越低,穩(wěn)度越好。用降低重心來(lái)提高穩(wěn)度的例子在日常生活中是很多的。比如說(shuō)各種車(chē)輛的車(chē)廂都要盡量低些，裝貨時(shí)要注意把重的貨物裝在下面，輕的物體裝在上面，而且貨物不能裝得過(guò)高，都是為了降低重心,提高穩(wěn)度.各種機(jī)器的底座又大又重，不但加大了支面，而且降低了重心。7、空中自行車(chē)騎自行車(chē)走鋼絲，這么驚險(xiǎn)刺激的場(chǎng)面相信您也只在雜技表演中見(jiàn)過(guò)吧.在我們的展廳里就有這樣一件展項(xiàng),只不過(guò)它可不是表演項(xiàng)目,而是由您親自騎上去試一試。怎么樣？您有這樣的膽量嗎？我們知道由于地球的吸引使物體受到的力叫做重力。重力的方向是豎直向下的，物體各部分所受重力的合力作用點(diǎn)叫做物體的重心。重心是任何物體的平衡點(diǎn)。重心與物體的平衡有著密不可分的聯(lián)系。本展項(xiàng)通過(guò)親身經(jīng)歷騎車(chē)走鋼絲的過(guò)程，讓參與者體會(huì)“重心越低穩(wěn)度越大”的科學(xué)規(guī)律?？罩凶孕熊?chē)需要您與您的同伴共同完成，一人騎車(chē)，一人當(dāng)配重.在車(chē)身的下方懸掛著一個(gè)座位，當(dāng)您的同伴坐進(jìn)去的時(shí)候，就起到了配重的作用.自行車(chē)加上配重后，人、車(chē)、配重組成一個(gè)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的重心在鋼絲繩下方.支點(diǎn)仍然在車(chē)輪與鋼絲繩交接處，重心低于支點(diǎn)，是“穩(wěn)定平衡”。因此，只要騎車(chē)人和車(chē)形成的合力矩小于配重形成的力矩時(shí),任憑人和車(chē)怎樣傾斜，都能夠回復(fù)到平衡狀態(tài)，不會(huì)掉下去。比如說(shuō)高高的塔式起重機(jī)之所以能穩(wěn)穩(wěn)地把成噸的器材舉上高樓,就是在其下邊的壓重架里放入很重的鋼錠作為配重,把重心降下來(lái)了，提高了穩(wěn)度。我國(guó)古代勞動(dòng)人民很早就使用配重來(lái)提高穩(wěn)度了.明代航海家鄭和在帆船的底艙里放了砂石當(dāng)配重壓載物，降低了船的重心,提高了船的穩(wěn)度,在驚濤駭浪中穿越了太平洋、印度洋，訪問(wèn)了30多個(gè)國(guó)家。這件展項(xiàng)最有趣的地方在于觀眾可以選擇和同伴一起完成騎車(chē)走鋼絲的體驗(yàn)，一人騎車(chē),一人充當(dāng)配重，感受合作的快樂(lè)。為保證參與者的安全性，用配重椅時(shí)，騎車(chē)參與者的體重最多不能大于配重參與者體重20kg.8、科里奧利力這件展項(xiàng)可簡(jiǎn)單通俗地解釋為：在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)中（如地球)作直線運(yùn)動(dòng)的物體（如“風(fēng)"即流動(dòng)的氣體)，常會(huì)受到一種特殊的力的作用,這個(gè)力會(huì)使物體的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變,如本展項(xiàng)演示的情況。這種科學(xué)現(xiàn)象是法國(guó)人科里奧利首先發(fā)現(xiàn)的，后人就以他的名字命名。由于地球的自轉(zhuǎn)，地球上所有運(yùn)動(dòng)中的物體都會(huì)受到這樣的慣性力。但是這種力我們看不見(jiàn)也摸不到,那要如何來(lái)認(rèn)識(shí)它呢？通過(guò)這件展項(xiàng)我們就可以直觀地認(rèn)識(shí)科氏力。這件展項(xiàng)由科里奧利力感受小屋和可操作的噴泉裝置組成。在小屋中,您可進(jìn)入慢速旋轉(zhuǎn)的地臺(tái)親身參與體驗(yàn)活動(dòng)。在旋轉(zhuǎn)的地臺(tái)上，您體驗(yàn)自己沿轉(zhuǎn)臺(tái)表面繪制的直線行走過(guò)程、拋球等活動(dòng)，真切體驗(yàn)在非慣性系下的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。當(dāng)您置身于展臺(tái)內(nèi),展臺(tái)開(kāi)始低速旋轉(zhuǎn)，由于沒(méi)有參照物，您對(duì)展臺(tái)運(yùn)動(dòng)的感受非常的輕微。因此，當(dāng)發(fā)生非慣性系下的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，會(huì)令您感到驚奇。另外,您還可以直接轉(zhuǎn)動(dòng)小屋外面噴泉的轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，可以看到有噴泉射出的水柱沿出射方向發(fā)生水平偏轉(zhuǎn)，從而認(rèn)識(shí)科里奧利力的原理?？剖狭床灰?jiàn)摸不著，但它時(shí)時(shí)刻刻都在我們身邊?？评飱W利力的應(yīng)用領(lǐng)域:1、在地球科學(xué)領(lǐng)域由于自轉(zhuǎn)的存在，地球并非一個(gè)慣性系，而是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)參照系，因而地面上質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)會(huì)受到科里奧利力的影響。地球科學(xué)領(lǐng)域中的地轉(zhuǎn)偏向力就是科里奧利力在沿地球表面方向的一個(gè)分力.地轉(zhuǎn)偏向力有助于解釋一些地理現(xiàn)象.如：河道的一邊往往比另一邊沖刷得更厲害。2、信風(fēng)與季風(fēng)地球表面不同緯度的地區(qū)接受陽(yáng)光照射的量不同，從而形成了一系列氣壓帶。隨著季節(jié)的變化，這些氣壓帶會(huì)發(fā)生南北漂移,于是在一些地方的風(fēng)向就會(huì)發(fā)生季節(jié)性的變化，即所謂季風(fēng)。科里奧利力使得季風(fēng)的方向發(fā)生一定偏移，產(chǎn)生東西向的移動(dòng).而人類(lèi)歷史上依靠風(fēng)力推動(dòng)的航海，很大程度上集中于沿緯度方向，季風(fēng)的存在為人類(lèi)的航海創(chuàng)造了極大便利,因而也被稱(chēng)為“貿(mào)易風(fēng)”。9、掉？不掉？這件展項(xiàng)叫做掉?不掉?展項(xiàng)由兩套測(cè)試裝置構(gòu)成，通過(guò)展項(xiàng)中橫桿重心位置的移動(dòng)使其兩端受到的摩擦力大小發(fā)生變化，向大家介紹一些摩擦力相關(guān)的知識(shí)。兩個(gè)互相接觸的物體,當(dāng)它們發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，就會(huì)在接觸面上產(chǎn)生一種阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，這種力就叫做摩擦力.在日常生活中我們會(huì)經(jīng)常遇到摩擦力，也正是因?yàn)橛辛四Σ亮?許多運(yùn)動(dòng)才能存在。幸虧有了地面和我們的鞋子之間的摩擦力,我們才能行走。塑料瓶蓋上有一些豎紋，增大摩擦,才能擰緊瓶蓋。車(chē)輪上之所以有花紋，也是為了增大與地面的摩擦。但摩擦力也不是在任何情況下都是好的，有許多時(shí)候我們需要減少摩擦力帶來(lái)的負(fù)面作用。比如說(shuō)機(jī)械手表戴久了要給它上油，就是為了減小摩擦。車(chē)輪做成圓的，也是為了減小摩擦。其中一套測(cè)試裝置由兩個(gè)大小相同，位于同一水平位置的轉(zhuǎn)輪構(gòu)成，它們的轉(zhuǎn)動(dòng)速度相同，但方向相反。您可以將滑桿放于兩個(gè)轉(zhuǎn)輪之上,您會(huì)發(fā)現(xiàn)滑桿會(huì)在兩個(gè)轉(zhuǎn)輪之間來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)而不會(huì)掉下。這與它們受到的摩擦力有關(guān)：摩擦力的大小與正向壓力有關(guān),所以當(dāng)兩個(gè)輪都相向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),滑桿如果靠近某一端，這一端的壓力會(huì)增加，摩擦力亦增加，對(duì)滑桿反推的力量大于正推，滑桿就會(huì)向另一端運(yùn)動(dòng)，因此滑桿會(huì)在兩個(gè)轉(zhuǎn)輪之間來(lái)回運(yùn)動(dòng)。另一套測(cè)試裝置的基本結(jié)構(gòu)與前一套相同,不同之處在于兩個(gè)轉(zhuǎn)輪的速度和方向可由觀眾任意調(diào)節(jié).由此您會(huì)發(fā)現(xiàn)和領(lǐng)悟“摩擦力方向與兩物體接觸面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反”的規(guī)律。拓展知識(shí)：最早對(duì)摩擦現(xiàn)象進(jìn)行定量研究的是法國(guó)人阿孟頓。1750年,法國(guó)數(shù)學(xué)家歐拉用數(shù)學(xué)形式表示了阿孟頓實(shí)驗(yàn)中的主要結(jié)果：F=fN，其中F表示摩擦力，f表示摩擦因數(shù)，N表示正壓力。這就是摩擦定律的表達(dá)式.10、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大家在乘坐公交車(chē)的時(shí)候，如果司機(jī)突然剎車(chē)，我們身體會(huì)很自然地向前傾倒。這就是我們非常熟悉的慣性。簡(jiǎn)單的說(shuō)，慣性就是物體具有保持原來(lái)狀態(tài)（包括保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)）的一種性質(zhì).而與慣性類(lèi)似,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量則是度量剛體繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的量,又稱(chēng)慣性距、慣性矩。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量只決定于剛體的形狀、質(zhì)量分布和轉(zhuǎn)軸的位置。規(guī)則形狀的均質(zhì)剛體，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可直接計(jì)算得到。不規(guī)則剛體或非均質(zhì)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，一般用實(shí)驗(yàn)法測(cè)定。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有如下的平行軸定理：剛體對(duì)一軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，等于該剛體對(duì)同與此軸平行并通過(guò)質(zhì)心之軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量加上該剛體的質(zhì)量同兩軸間距離平方的乘積。由于公式的第二項(xiàng)恒大于零，因此剛體繞過(guò)質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是繞該束平行軸諸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量中的最小者?！稗D(zhuǎn)動(dòng)慣量"展項(xiàng)由質(zhì)量相同而外形不同的6個(gè)輪子（圓形、方形、異形各2個(gè)）、兩組相同長(zhǎng)度的軌道組成。觀眾可先選擇兩個(gè)形狀相同或不同的輪子，然后改變輪子的質(zhì)量分布，再將其同時(shí)由軌道上方使其滾下。由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的輪子總是滾得最慢,因此通過(guò)趣味參與和觀察，從而使大家親身體會(huì)影響物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的三個(gè)因素:剛體的形狀、質(zhì)量分布和轉(zhuǎn)軸的位置。11、角動(dòng)量守恒本展項(xiàng)利用回轉(zhuǎn)椅活動(dòng)裝置和“怪箱”裝置展示角動(dòng)量守恒定律，讓參與者在互動(dòng)體驗(yàn)中，思考和探索回轉(zhuǎn)椅的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。角動(dòng)量守恒定律是指系統(tǒng)所受合外力矩為零時(shí)系統(tǒng)的角動(dòng)量保持不變。角動(dòng)量守恒定律是自然界普遍存在的基本定律之一，角動(dòng)量的守恒實(shí)質(zhì)上對(duì)應(yīng)著空間旋轉(zhuǎn)不變性.回轉(zhuǎn)椅:由一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子和保證轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸能在空間自由轉(zhuǎn)動(dòng)的支撐系統(tǒng)組成的儀器，簡(jiǎn)稱(chēng)陀螺.它是一種基于角動(dòng)量守恒的理論設(shè)計(jì)出來(lái)用來(lái)感測(cè)與維持方向的裝置,多用于導(dǎo)航、定位等系統(tǒng)?；剞D(zhuǎn)椅活動(dòng)體驗(yàn)裝置：該裝置主體由一個(gè)可水平旋轉(zhuǎn)的座椅、大小不同的兩個(gè)圓盤(pán)及固定支架組成.座椅下設(shè)置有腳踏裝置。在體驗(yàn)中，參與者先坐到座椅上將轉(zhuǎn)椅固定于便于操作圓盤(pán)的位置,選擇的其中一個(gè)圓盤(pán)，手動(dòng)使其在支架上旋轉(zhuǎn)，隨后用雙手握住圓盤(pán)兩端的手柄踩下剎車(chē)踏板，當(dāng)手中旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)傾斜時(shí)，參與者所坐的椅子，也會(huì)產(chǎn)生水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)體驗(yàn)活動(dòng)以及比較不同大小及質(zhì)量的圓盤(pán)所產(chǎn)生的不同速度，參與者可以認(rèn)識(shí)和理解角動(dòng)量守恒的原理.活動(dòng)過(guò)程中，參與者可隨時(shí)踩下剎車(chē)裝置使座椅停止轉(zhuǎn)動(dòng),結(jié)束參與活動(dòng).怪箱體驗(yàn)裝置：該裝置由非透明的箱體、裝置于其中的轉(zhuǎn)盤(pán)、電磁啟動(dòng)裝置、倒計(jì)時(shí)顯示裝置組成。怪箱的箱體部分為透明，參與者可清楚地看到裝置于箱體內(nèi)的轉(zhuǎn)盤(pán)的運(yùn)動(dòng).電磁啟動(dòng)裝置設(shè)置于怪箱的放置設(shè)施內(nèi)，用于通過(guò)電磁力驅(qū)動(dòng)怪箱內(nèi)的回轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。展項(xiàng)活動(dòng)中,當(dāng)電磁啟動(dòng)裝置使怪箱內(nèi)的轉(zhuǎn)盤(pán)達(dá)到一定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度后，參與者提起“怪箱",被提起的怪箱略有傾斜就會(huì)產(chǎn)生奇怪的力量，好像要掙脫參與者的掌握。12、共振秋千古希臘的學(xué)者阿基米德曾豪情萬(wàn)丈地宣稱(chēng):給我一個(gè)支點(diǎn),我能撬動(dòng)地球。而現(xiàn)代的美國(guó)發(fā)明家特斯拉更是“牛氣",他說(shuō)：用一件共振器,我就能把地球一裂為二！到底什么是共振呢？共振是物理學(xué)上的一個(gè)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ).其定義是兩個(gè)振動(dòng)頻率相同的物體,當(dāng)一個(gè)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，引起另一個(gè)物體振動(dòng)的現(xiàn)象。共振在聲學(xué)中亦稱(chēng)“共鳴",它指的是物體因共振而發(fā)聲的現(xiàn)象;在電學(xué)中，振蕩電路的共振現(xiàn)象稱(chēng)為“諧振”.產(chǎn)生共振的重要條件之一,就是要有彈性，而且一件物體受外來(lái)的頻率作用時(shí)，它的頻率要與后者的頻率相同或基本相近。共振現(xiàn)象是一種宇宙間非常普遍和頻繁的自然現(xiàn)象。身邊共振的例子比比皆是:炎熱的午間,蟬兒發(fā)出的“知了、知了”聲；寧?kù)o的夜晚，蟋蟀發(fā)出的“嘰—嘶"聲;還有不知疲倦的大肚子蟈蟈的鳴叫聲，盡管這些昆蟲(chóng)的聲調(diào)大不相同,但其中的共同之處都是借助了共振的原理。再如：紫外線是太陽(yáng)發(fā)出的一種射線，過(guò)量的紫外線會(huì)使生物的機(jī)能遭到嚴(yán)重的破壞。不過(guò)不用擔(dān)心，當(dāng)紫外線經(jīng)過(guò)大氣層時(shí)，大氣層中的臭氧層的振動(dòng)頻率恰恰能與紫外線產(chǎn)生共振，因而就使這種振動(dòng)吸收了大部分的紫外線。所以，共振能使大氣中的臭氧層變得如防曬油一樣,保證我們不至于被射線的傷害?！肮舱袂锴?為參與者創(chuàng)造了親身體驗(yàn)的機(jī)會(huì)，通過(guò)體驗(yàn)使參與者對(duì)振動(dòng)中的一個(gè)重要概念—-共振，以及振動(dòng)中重要的物理量——頻率有所了解。13、龍形擺該展項(xiàng)通過(guò)展示不同擺長(zhǎng)的擺放在一起，產(chǎn)生優(yōu)美而神奇的運(yùn)動(dòng)軌跡,使參與者在感受美妙的振動(dòng)的同時(shí)，了解雙線擺運(yùn)動(dòng)周期的規(guī)律。展項(xiàng)由九個(gè)雙線擺構(gòu)成的一組龍形擺、啟動(dòng)釋放裝置、控制系統(tǒng)及展臺(tái)組成。九個(gè)雙線擺由九個(gè)重量、大小相同的鋼球及擺線構(gòu)成，每組雙線擺的擺長(zhǎng)通過(guò)計(jì)算確定,每相鄰的雙線擺35秒鐘內(nèi)相差一個(gè)振動(dòng)周期。觀眾啟動(dòng)展示后，龍形擺在自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制下,所有雙線擺同時(shí)同振幅釋放,可以觀察到所有雙線擺的振動(dòng)時(shí)而有序、時(shí)而雜亂無(wú)章,組成時(shí)而優(yōu)美、時(shí)而混亂的隊(duì)形。擺是一種實(shí)驗(yàn)儀器，可用來(lái)展現(xiàn)種種力學(xué)現(xiàn)象。繞一個(gè)懸點(diǎn)來(lái)回?cái)[動(dòng)的物體，都稱(chēng)為擺。其周期一般和物體的擺長(zhǎng)有關(guān).最基本的擺是懸掛于定點(diǎn)能在重力影響下往復(fù)擺動(dòng)的物體。因?yàn)閿[一次全振蕩的時(shí)間間隔（周期）是恒定的，它通常用作校準(zhǔn)。意大利的伽利略首先研究了單擺,荷蘭的惠更斯研究了復(fù)擺，他們?yōu)閿[的力學(xué)理論奠定了基礎(chǔ)。單擺由懸在質(zhì)量可以忽略的細(xì)桿下端的擺錘構(gòu)成。懸掛點(diǎn)到擺中心的長(zhǎng)度越大，擺的周期越長(zhǎng)。擺的長(zhǎng)度確定后，擺錘質(zhì)量的變化對(duì)周期無(wú)影響，但是擺在地球上的位置對(duì)周期卻有影響。復(fù)擺是在重力作用下能繞固定轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)的物體。復(fù)擺運(yùn)動(dòng)規(guī)律和性質(zhì)類(lèi)似單擺。利用復(fù)擺可以測(cè)量一些剛體對(duì)某軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。此外，還有扭擺、可逆擺、等時(shí)擺等。14、彈簧擺展項(xiàng)中懸掛一個(gè)彈簧，彈簧末端系一質(zhì)量為m的鐵塊，鐵塊水平金屬桿的兩端固定兩個(gè)鐵球，這就構(gòu)成了一個(gè)彈簧擺。這時(shí)只要用力輕輕地向下拉物塊，彈簧就會(huì)上下振動(dòng)起來(lái)。如果適當(dāng)選擇彈簧的長(zhǎng)度，物塊質(zhì)量m，及彈簧倔強(qiáng)系數(shù)K(表示彈簧伸長(zhǎng)單位長(zhǎng)度強(qiáng)力的大小),我們就可以做成一個(gè)極為有趣的彈簧擺：當(dāng)用力在垂直方向拉彈簧，彈簧開(kāi)始作豎直方向的來(lái)回振動(dòng)，成為一個(gè)彈簧振子。但它的振幅會(huì)逐漸減少，并同時(shí)開(kāi)始左右擺動(dòng),擺動(dòng)幅度越來(lái)越大,即彈簧振子的振動(dòng)逐漸過(guò)渡到擺的擺動(dòng)。以后，單擺的擺動(dòng)又會(huì)轉(zhuǎn)化為彈簧振子的上下振動(dòng)，如此反復(fù)地振動(dòng)、擺動(dòng)、振動(dòng)……不停地轉(zhuǎn)換，這是什么原因呢?原來(lái)，適當(dāng)選擇擺長(zhǎng)l,振子質(zhì)量m、倔強(qiáng)系數(shù)K后，可以使得擺動(dòng)周期與振子振蕩周期相等.這時(shí)，振子振動(dòng)時(shí)能量就可以從振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閿[動(dòng)，又能從擺動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎駝?dòng)。因此物塊既可作為彈簧振子，又可作為擺的擺錘.這里彈簧起到了能量轉(zhuǎn)換緩沖器的作用。一旦一種形式的運(yùn)動(dòng)開(kāi)始,能量即通過(guò)彈簧的張力從這種形式的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換到另一種形式的運(yùn)動(dòng)，直到這種形式運(yùn)動(dòng)的能量全部傳遞完為止.然后又開(kāi)始通過(guò)彈簧反方向傳遞，相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)也即從一種形式過(guò)渡到另一種形式.15、香蕉球在足球運(yùn)動(dòng)中，我們常常會(huì)聽(tīng)到解說(shuō)員激動(dòng)的解說(shuō)：香蕉球！漂亮的香蕉球！一記漂亮的香蕉球入門(mén)，多么完美的弧線啊……我們不禁要問(wèn)了，什么才叫“香蕉”球呢？其實(shí)之所以叫香蕉球，是因?yàn)樽闱蛟诳罩械倪\(yùn)動(dòng)軌跡是一條類(lèi)似香蕉一樣彎曲的弧線.那么又為什么運(yùn)動(dòng)員能將足球踢出弧線呢？這是因?yàn)樵诹黧w力學(xué)中，如果繞軸旋轉(zhuǎn)著的圓柱體在作橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)，將承受流體給予的與運(yùn)動(dòng)方向相垂直的力,這種現(xiàn)象被稱(chēng)為馬格努斯效應(yīng)（由德國(guó)物理學(xué)家古斯塔夫·馬格努斯提出）。如果足球在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)，一邊向前飛行，一邊繞對(duì)稱(chēng)軸旋轉(zhuǎn)，則由于足球的旋轉(zhuǎn)和空氣粘性的共同作用,在足球周?chē)母矫鎯?nèi)產(chǎn)生環(huán)流。前方來(lái)流和環(huán)流共同作用的結(jié)果，在來(lái)流和環(huán)流同方向的一側(cè)，流速加快，在反方向的另一側(cè)，流速減慢。根據(jù)伯努利原理，流速加快的一側(cè)壓力下降,流速減慢的一側(cè)壓力升高，二側(cè)的壓力差對(duì)足球產(chǎn)生側(cè)向作用力稱(chēng)為馬格努斯力,它的方向與足球的瞬時(shí)轉(zhuǎn)軸垂直，且與足球的運(yùn)動(dòng)方向垂直。由于馬格努斯力的方向與球的旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)，因此，改變足球的旋轉(zhuǎn)方向可以使足球在水平面內(nèi)向左或向右偏轉(zhuǎn).踢“香蕉”球射門(mén)時(shí)，運(yùn)動(dòng)員并不是拔腳踢足球的中心,而是稍稍偏向一側(cè)，同時(shí)用球鞋摩擦足球,使球在空氣中前進(jìn)的同時(shí)還不斷地旋轉(zhuǎn)。這時(shí)，一方面空氣迎著球向后流動(dòng),另一方面，由于空氣與球之間的摩擦，球周?chē)目諝庥謺?huì)被帶著一起旋轉(zhuǎn)。這樣，球一側(cè)空氣的流動(dòng)速度加快,而另一側(cè)空氣的流動(dòng)速度減慢，它們對(duì)足球所產(chǎn)生的壓強(qiáng)也不一樣,足球在空氣壓力的作用下，被迫向空氣流速大的一側(cè)轉(zhuǎn)彎了，足球可繞過(guò)防守人墻破門(mén)而入。大家可不要小看香蕉球，它可是足球場(chǎng)上一項(xiàng)重要的制勝技術(shù)。馬格努斯效應(yīng)在不光在足球運(yùn)動(dòng)，而且在乒乓球、網(wǎng)球、棒球等項(xiàng)運(yùn)動(dòng)中也得到廣泛應(yīng)用。另外,馬格努斯效應(yīng)還在旋轉(zhuǎn)彈、導(dǎo)彈、船泊等方面有應(yīng)用。16、水中沉浮下面這件展項(xiàng)叫做“水中沉浮”。顧名思義,它介紹的是和潛水艇有關(guān)的知識(shí)。人們發(fā)明潛水艇的靈感來(lái)自可以在水中任意游動(dòng)的魚(yú)。潛水艇艇身的中間部分設(shè)計(jì)為透明，觀眾可清楚地觀看到置于艇身內(nèi)的“沉浮箱”中水量的變化;魚(yú)模型腹部透明，參與者也可看到模型體內(nèi)的〝魚(yú)膘〞體積的變化.根據(jù)沉浮原理，浸在水中的物體，當(dāng)浮力大于重力時(shí),物體就能浮在水面上；當(dāng)浮力小于重力時(shí),物體就下沉;當(dāng)浮力等于重力或相差很小時(shí),物體就可以“懸浮”在水中任何位置。魚(yú)在水中的沉浮，是通過(guò)魚(yú)鰾貯存氣體的變化，調(diào)整自身體積完成的；當(dāng)魚(yú)要浮起來(lái)時(shí),肌肉放松,使鰾變大,鰾內(nèi)充滿了空氣，魚(yú)所受到的浮力就大,魚(yú)也就能浮起來(lái)；如果收縮肌肉，鰾變小了，浮力減小，魚(yú)就下沉，鰾內(nèi)一定量的氣體還能使魚(yú)體比重與水環(huán)境的比重相等,這樣魚(yú)就會(huì)停留在那里，不上升也不下降。而潛水艇通過(guò)兩側(cè)水艙的充水或排水來(lái)調(diào)整船體自身的重量而實(shí)現(xiàn)下沉或上浮.打開(kāi)水艙進(jìn)水閥，水灌滿水艙，潛水艇自身重量增加，重力超過(guò)浮力時(shí)下沉。關(guān)閉水艙進(jìn)水閥，利用壓縮空氣把水艙里的水通過(guò)排水閥排出，潛水艇自身重量減輕，浮力大于重力時(shí)上浮.讓部分水艙進(jìn)水或排放部分水艙里的水，調(diào)節(jié)潛艇的重量，使重力等于或稍大于浮力，這時(shí)，潛艇就能懸在深淺不同的水域中潛游。最初的潛水艇并不是利用浮箱來(lái)控制沉浮的，人們將石頭或鉛塊等重物裝進(jìn)潛艇，使?jié)撏鲁?卸掉石頭或鉛使?jié)撏е馗∷?，這種潛艇當(dāng)然不能下潛太深，上浮后再要下潛,則又要從岸上取得石頭。現(xiàn)代又用核動(dòng)力作為推進(jìn)動(dòng)力制成核潛艇,水中