儿童玩具背后的科学原理，孩子开心还能学知识
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铁皮青蛙的秘密：发条里的弹性势能
小时候有没有玩过铁皮青蛙, 把发条拧紧之后, 青蛙便能够一蹦一跳地动起来。实际上, 我们手上所具有的动能借助发条转变为了弹性势能并储存起来, 随后再释放出去进而推动青蛙。这个情形跟大人所处世界里的弓箭原理是完全相同的, 将弓弦拉开, 弹性势能就会蓄满, 松开手之后箭便会飞射出去了。
发条被用于机械表中, 以此驱动指针进行转动, 除了弓箭外，卷尺以及吸尘器借助发条来帮忙快速收线。老式沙发的弹簧、汽车还有精密设备里的减震装置, 甚至菜市场老爷爷老奶奶手中的弹簧秤, 皆是弹性势能的实际运用。而这些原理看似简单, 在太空里却能够派上大用场。
太空称体重：弹簧原理帮航天员解难题
没错, 咱们绝对没办法借助弓箭将火箭发射至太空, 然而弹性势能的原理于太空中存有一项尤为特殊的用途——协助航天员称量体重。空间站处于微重力环境之中, 普通的弹簧秤根本无法得以使用。科学家于是便搬出了牛顿第二定律: 促使航天员将自身固定于一根已然拉伸的弹簧的一端, 当弹簧恢复至原位之际, 测量其回弹加速度, 进而能够计算出体重。
这个进程听闻起来蛮奇妙, 事实上乃是最为基础的物理知识。航天员每一次测量都得再三校准, 以保证数据精确。毕竟处于太空中, 体重改变能够体现骨骼与肌肉流失状况, 对于健康监测来讲至关重要。这同样表明, 小时候玩过的那些简易玩具, 背后所蕴藏的是严谨的科学。
陀螺与陀螺仪：转起来就不肯倒的秘密
全国各地对于陀螺的叫法存在差异, 有的会称其为“冰尜”, 情形之下, 另有一部分人叫它“抽汉奸”, 然而大孩子喜好斗空竹。当陀螺开始转动以后, 你若使用手来变动它的方向, 就会感受到一股带着强烈“奋起反抗”意味的力量, 此乃角动量发挥作用的结果。角动量是用于衡量物体旋转状况的物理学量, 它的方向和大小都并非易于施行改变操弄的参数。
知道抖过单轮空竹的人清楚, 空竹落到绳上后, 会一边进行自转, 一边围绕着玩家转动。这种现象被称作“进动”, 是角动量被地球重力给“扭转”以后的结果。飞机、卫星以及空间站上跟陀螺仪, 是依靠感受这种进动, 来判断自身姿态的变化。顺便提及一下, 陀螺自身就已然上过太空了。
竹蜻蜓飞天：牛顿第三定律的完美演示
作为中国传统玩具的竹蜻蜓, 是有着其特别构成的, 那便是一个竹片, 其两端被削成斜面, 且在中间插着一根小小木棍, 当两手对其进行一搓之后它便能飞上天。竹蜻蜓转动之际, 叶片斜面对空气施加作用使其能够向下运动, 依据牛顿第三定律, 空气会反过来对竹蜻蜓施加作用从而推动它向上飞。此原理还被直接应用于直升机以及固定翼飞机之上。
在学校进行物理课学习期间, 存有许多同学真的亲自制作起了水火箭。朝着封闭的可乐瓶之内打压气体, 突然间推开喷口之处, 经压缩的空气促使水朝着下方喷射而出, 火箭就这样迅速向上飞起。需留意的是, 水火箭具备一定程度的危险性, 玩耍之际务必得小心谨慎。不论是竹蜻蜓还是这款水火箭, 从本质上来说都是将空气或者水往下方推送, 并借此取得向上的反作用力。
泡泡上的彩虹：光干涉现象的奇妙应用
幼时吹泡泡, 老是被那些色彩斑斓的颜色所迷惑。太阳光线虽说为白光, 实际上其中涵盖了好多不同颜色的光, 每一种光的波长不一样。泡泡的水膜厚度跟观察角度不一样, 会致使某些颜色的光变强, 有些被削弱, 所以我们就瞧见了彩虹似的色彩。当水膜足够薄的时候, 任何颜色都没法产生显著的干涉。
利用这个干涉效应的科学家, 制造出众多探索宇宙奥秘的设备, 像是迈克尔逊 - 莫雷干涉实验, 其直接否定了以太的存在, 还有事件视界望远镜, 它由散落在世界各地的射电望远镜构成, 运用“甚长基线干涉”技术, 成功拍摄到黑洞的影像, 这向我们表明, 经由吹泡泡而展现出的物理原理, 的确能够用以研究宇宙。
噗噗船前进：斯特林引擎的太空之旅
将一支蜡烛点燃, 放置于小锅炉下方, 小船便滋滋滋地向前驶去了。这般滋滋船运用的是斯特林引擎, 其原理并不繁难: 致使密闭空间内的气体于热区与冷区之间往复振荡流动, 促使引擎开展做功。在真实世界当中, 此种船儿确实能够打造得以。斯特林引擎具备高耗能、微弱音高, 诸多科学家欲将其原理应用于太空探索里头。
当然, 将斯特林引擎运至太空会碰到诸多挑战, 像在失重环境里润滑油该如何正常运作。不过, 工程师们正逐步去攻克这些难关。最后得着重说明, 此篇文章是依照“玩具 - 理论 - 太空”的次序来撰写的, 然而并非意味着所有重大发明皆源于玩具。好多时候, 是科学家先行把火箭送上天空, 随后再凭借这些原理制作成有趣好玩的玩具。
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