小玩具中的科学大道理

不停喝水的饮水鸟

放杯水在饮水鸟的跟前,并把它的喙(huì)按在水里润湿一下。几分钟后,站直的饮水鸟居然又缓缓低头,反复“喝”水,仿佛变成了一只活的小鸟。

饮水鸟其实是一台设计精巧的机械装置。它的头和肚子是一大一小两个玻璃球,中间由玻璃管连通,玻璃内装有二氯甲烷,这种液体沸点很低,在常温下很容易蒸发成气体。

饮水鸟的身体是密封的,不会真的把水喝到肚子里。它的头部被一层薄布包裹,饮水鸟“喝水”其实是布料在吸水。

1、鸟“喝”到水,头部的玻璃球被润湿,水慢慢蒸发并带走热量,使头部冷却。头部内的二氯甲烷气体冷凝成液体,向下流到底部的玻璃球中。

2、由于气体减少,头部内的气压降低,此时饮水鸟就像我们喝盒装饮料那样,底部的液体被吸上来,逐渐充满头部。

3、“头重脚轻”使饮水鸟低头,“喝”了一口水。鸟身的玻璃管因倾斜而出现空隙,底部的气体趁机流向头部。头部内的气压重新得到平衡,液体流回底部,饮水鸟恢复直立。

4、如果我们把水杯拿走,饮水鸟喝不到水,它的头部不会被冷却,最终二氯甲烷会恢复常温,不再来回流动,饮水鸟便会慢慢停止运动。

自动走楼梯的彩虹弹簧圈

彩虹弹簧圈不仅可以拉伸着玩,更奇妙的是,它会自己翻着筋斗“下”楼梯。这种运动看似简单,背后的原理却不简单。

能量可以被储存,不同形式的能量之间还可以互相转化。把铁球放在山坡上,它就有从高处往下落的趋势,且高度越高,能量越大,这种能量是“重力势能”;当它真正开始往下落时,重力势能逐渐变成动能,使其滚得越来越快,当它到达平地后,不再往下落,能量全部用光。

而弹簧圈不仅下楼梯时可以借助重力势能和动能之间的转化,它的弹簧结构还拥有“弹性势能”,无论你是拉扯还是挤压它,它都会有往回弹的趋势。

弹簧圈的能量在重力势能、动能与弹性势能之间不断转换,直到弹簧圈落到平地,重力势能用完,这时弹簧会由于地面的阻力而停下。

当弹簧圈被放在阶梯高处时,它存储了重力势能,走下楼梯时,重力势能就一点点转化成了动能。

下一层台阶后,动能会把弹簧压紧,这时动能转化成了弹性势能。弹性势能让弹簧弹起,恢复运动,再落向下一层台阶。

小贴士

台阶高度和弹簧圈的大小要适合才能顺利下台阶。台阶不能比弹簧高太多,也不能太宽,否则弹簧圈中途就会摔倒或停下。

隔山打牛的牛顿摆

牛顿摆由五颗完全相同的金属球组成,球被吊在架子上,你可以抬起最外面的球,让它落下并撞到旁边的球,但只有另一头最外侧的球会被弹飞,产生一种“隔山打牛”的效果。这一现象表明,能量可以在物体间传递。

牛顿摆中间的三颗球几乎不动,只有最外头的两颗球摆来摆去。不过,由于绳子在摆动中会摩擦生热,球也会碰撞发出声响,能量会渐渐转化成热量和声能,小球能量完全转化掉后,就会停止摆动。

落下的第一颗球拥有动能,当它碰到第二颗球时,就把自己的动能变成第二颗球的能量。

第二顆球还没来得及移动,就把能量转移到了第三颗球上,第三颗球又把能量给了第四颗球。传到第五颗球时,它却没有下一颗球传递能量了。于是,它只好“自食其力”,把能量转化成动能,摆了起来。

第五颗球摆起后又会因为重力而落下,撞到第四颗球上,这时能量又沿着第四、三、二颗球传回第一颗球,再次把它打飞。

太阳能小车

用电线把这块蓝黑色小板与小车的马达连接起来,把小车放到阳光下,过了一会儿,它便开始缓缓向前行驶。除了小车以外,还有太阳能小船、风扇等等,无论是哪种太阳能玩具,它们的核心零件就是这块太阳能发电板。

物质是由原子、分子等构成的,这些微粒就像一个个小家庭,家里还有许多孩子——电子。通常,电子会乖乖地待在家里,但在硅、铜等元素的原子家中,身为“爸爸妈妈”的原子整天忙于工作,没时间管教电子,电子就没那么安分了。只要有强光照射到电子上,电子就会吸收光的能量,变得活蹦乱跳,从家里跑出来,电流就产生了。

这种由光产生电的现象,就叫做“光电效应”,而太阳能电池板正是利用了硅的光电效应,把光能转化成了电能,供人们使用。在一些阳光强烈的沙漠地带,有大面积的太阳能发电阵列为人们带来电力;在浩瀚无垠的宇宙中,太阳能电池板维持着太空探测器的运行,而这些重要装置在本质上和你手里的太阳能玩具是一样的。

沙漠地区的太阳能发电阵列

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年11月1日 上午8:23。
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