(应用物理论文）卢柳清.doc

揭秘玩具饮水鸟、不倒翁 专业：科学教育 姓名：卢柳清 学号：201010800101 【摘要】物理学是一门广泛应用的学科，是自然科学的重要分支。对人类物质文明的进步和人类自然认识的深化起着至关重要的作用。随着科技的发展，社会的进步，物理学已经渗透到人类生活的各个领域，小到生活衣食住行，大到科技航天发展，这些都与物理学息息相关。本文通过对玩具饮水鸟不断饮水与不倒翁的不倒原理进行探究，进一步论述了物理学在生活中的应用。 【关键词】饮水鸟 不倒翁 物理原理 【正文】 饮水鸟 （一）饮水鸟简介 饮水鸟，主体由玻璃制成。它的身体是一根玻璃管，管的上端是一个小球，也就是鸟头，管的下端是一个大球，也就是鸟的尾部。球内装有液体，管的下端浸在液面下。整个鸟身是密闭的，架在一个类似鸟腿的座上。它的头部粘有尖尖的嘴，尾部粘有羽毛。为了让人不能看清鸟身体里的秘密，它的身体被涂上了黑色。而它的神奇之处就是，在鸟的面前放上一杯水，鸟就会俯下身去，把嘴浸到水里，“喝”了一口后，又直立起来。可是直立一会儿它又会俯下身去，等到鸟嘴浸到了水，“喝”了一口，又会直立起来。就这样，它不停地点头喝水，就像是一台永动机。 （二）饮水鸟不断饮水的原理 　 由于饮水鸟的能够不借助外力而不断喝水，曾经被称为冒牌永动机，当然这种玩具并不是永动机，它之所以能不停地点头喝水，是因为它包含着复杂的物理学原理。 原来“饮水鸟”内的液体是乙醚，它是一类易挥发的液体，在高温里很容易蒸发，而液体的饱和蒸汽所产生的压力又会随温度的改变而剧烈的改变。 　　 头部受冷，气压下降，尾部的液体因为吸 力沿颈部上升。这样头的重量在增加，尾 部的重量在减轻，重心位置发生变化，当重 心超过脚架支点而移向头部时，鸟就俯下身到平衡位置。这个位置可以通过鸟嘴的重量来调试。 　 b.头部降低，内部发生两个变化。一是“饮水鸟”的嘴浸到了水，这样鸟头被打湿。二是上下的蒸汽区域连通，两部分气体混合，没有了气压差，但由于吸收了周围空气的热量，蒸汽的温度略有上升。这时上升到头部的液体，在本身 的重量作用下流向下端尾部。 　 c尾部变重，头部向上翘，液体全部集中到尾部，同时，头部的蒸汽因为刚粘到的水又开始冷却。 　　 原来“饮水鸟”头部不断蒸发所吸收的周围空气的热量，就是这奇妙的“饮水鸟”能够活动的原动力。正是因为它使用的是周围察觉不到的能源，所以才会被人误认为是永动机. 二、不倒翁 （一）不倒翁简介 不倒翁是一种形状像人而在造形和重量上制成一经触动就摇摆然后恢复直立状态的玩具。形状像老人，上轻下重，扳倒后能自动竖立起来，因而又称“扳不倒儿” 不倒翁不倒原理 不倒翁在受到外力的作用时，就要失去平衡，而在外力去除后，不倒翁能自行回复到平衡状态，这说明不倒翁具有一种抵抗外力干扰保持平衡的能力，这就是平衡的稳定性。这种抵抗干扰保持平衡的能力的形成，应该从不倒翁的受力情况来看。 第一，不倒翁HYPERLINK /view/84756.htm平衡的受力情况。 不倒翁在HYPERLINK /view/79807.htm桌面上，受到两个外力的作用：一个是HYPERLINK /view/11293.htm重力G，地球对不倒翁的HYPERLINK /view/552951.htm吸引力；另一个是支持力，桌面对牛球体的反作用力。根据物体的平衡条件，只要这两个力大小相等、方向相反、作用在一条直线上，不倒翁就能够保持平衡的状态。 　　 第二，不倒翁倾斜的受力情况。不倒翁倾斜时受到两个力矩的作用，我们称外力的作用为干扰，外力形成干扰力矩；另一个叫抵抗力矩，由自身的重力形成。本来不倒翁是直立的，由于外力的作用，外力对不倒翁与制成面的接触点产生力矩，使不倒翁倾斜，打破原来的平衡。此外，本来重力是不产生力矩的，因为本来不倒翁是直立的，重力的作用线和支点位于同一直线上，HYPERLINK /view/36869.htm力矩为零。由于外力的作用，不倒翁倾斜，半球体向一侧滚动，接触点随之移动，形成了新的接触点，即形成了新的支点，此时重力的作用线和原支点不在同一直线上，因而形成力矩，这就是抵抗力矩。正是由于抵抗力矩的形成和发展，抵抗和制止了HYPERLINK /view/562249.htm外力的干扰作用。抵抗力矩的方向和干扰力矩的方向正好相反，同时随着不倒翁倾斜的角度不断增大，重心作用线的偏移量也不断增大，抵抗力矩的量值也不断增大，当抵抗力矩等于干扰力矩时，不倒翁就进入新的平衡状态--倾斜的平衡状态，此时外力的干扰作用也就宣告停止。由此可知，不倒翁受到外力干扰