关键概念
物理
力
重力
质量
杠杆
引言
当白天变短，傍晚早早变黑时，许多人喜欢烛光。蜡烛也是进行科学研究的好工具——所以为什么不把两者结合起来，给你的科学研究增添一点光亮呢？在这个活动中，你将使用蜡烛来研究跷跷板的平衡力。
背景
跷跷板是孩子们经典的游乐场设备。它们不仅玩起来有趣，而且还提供了一个绝佳的机会来探索一种简单的机械装置，这种装置旨在举起比你正常力量允许的重得多的物体。跷跷板是一种特殊的杠杆；它由一个长梁连接到一个称为支点的枢轴组成。一旦你通过坐在梁的一侧在梁的一端施加重量，它就会落到地上。这是因为重力作用在你身体的重量上，将它和梁向下拉。有多少重量向下拉梁取决于你的身体质量。你越重，引力就越大。要再次平衡梁，你需要另一侧的抵消力。一种可能性是在梁的另一侧放置一个相同重量的第二个人。一旦相同的力向下拉梁的两侧，跷跷板就会平衡。
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然而，您可能从经验中得知，重要的不仅是重量，还有人们在梁上的位置。两个体重相同的人坐在梁的相对两侧，仍然可以通过移动远离或靠近梁的中心来改变平衡并使跷跷板旋转。梁的旋转是由转动力（也称为力矩）引起的，它考虑了向下拉梁的力和施加力的位置。
根据杠杆定律，一旦两侧的转动力相等并相互抵消，跷跷板就会停止旋转。该定律还解释了为什么你可以用杠杆举起非常重的物体。当一侧的物体太重而你无法举起时，你只需要移动到远离梁的中心更远的地方，直到你的转动力大于另一侧的转动力。
谁会想到如此简单的活动会涉及到如此复杂的物理学？如果这听起来很复杂，请不要担心；一旦你尝试这个项目——使用蜡烛制成的跷跷板——它就会变得更加明显！
材料
两根相同的生日蜡烛
强力胶带
比蜡烛直径长的针
铝箔
刀
两个相同高度的玻璃杯
打火机
成人帮手
使用蜡烛的安全地点和表面
准备工作
将生日蜡烛的两端用胶带粘在一起，使两个烛芯朝相反的方向。
在你的工作区域放一大块铝箔，以防止蜡油溢出。
将两个玻璃杯并排放置在铝箔中间。玻璃杯之间的间隙应该足够小，以便将针放在上面。
让一位成年人将针完全推入蜡烛的一侧，正好在两根蜡烛的末端相遇的地方。这应该正好在两个烛芯之间的中间位置。如果难以将针推入蜡烛，请尝试在将针推入蜡之前在火焰中加热针。
步骤
将蜡烛放在玻璃杯之间的间隙中，使针的两端都搁在每个玻璃杯的边缘上。一旦蜡烛放在玻璃杯之间，你会注意到什么？ 你能看到你的实验装置和跷跷板之间的相似之处吗？ 你的蜡烛跷跷板的支点在哪里？
如果你的蜡烛跷跷板不平衡，请更改针在蜡烛中的位置。 一旦针正好放置在两根蜡烛的中间，跷跷板应该平衡。为什么针必须正好位于蜡烛的中间才能平衡跷跷板？
确保你的表面覆盖了沿蜡烛整个长度的铝箔。
一旦蜡烛平衡且没有掉落到任何一侧，请让你的成年帮手小心地点燃两根蜡烛。 不要同时点燃两根蜡烛——在点燃第二根蜡烛之前等待几秒钟。你认为如果同时点燃两根蜡烛会有什么不同吗？
观察两根蜡烛如何燃烧，并观察你的蜡烛跷跷板的运动。一段时间后跷跷板会发生什么？ 它保持平衡还是开始移动？ 如果你看到运动，你能解释为什么蜡烛跷跷板在移动吗？
一旦蜡烛燃烧了大约四分之一，请吹灭两根蜡烛，然后切掉其中一根蜡烛的顶部（大约一厘米，或大约半英寸）。你认为这会如何影响跷跷板的平衡？
再次将蜡烛放在玻璃杯之间，使针的两端都搁在每个玻璃杯的边缘上。跷跷板是否仍然像以前一样平衡？ 为什么会或为什么不会？
请你的成人帮手以与之前相同的方式点燃两根蜡烛。
观察蜡烛的燃烧，并观察会发生什么。跷跷板会再次移动吗？ 你的结果与之前的观察结果有何不同？
确保在蜡烛完全烧完之前吹灭它们。
额外：重复该活动，这次不要将针放在蜡烛梁的中间。 一侧应该更重，类似于你切掉一根蜡烛顶部时的样子。 但是，这次只点燃较长一侧的蜡烛。 然后观察蜡烛燃烧。这次蜡烛跷跷板会发生什么？ 它会开始移动吗？ 你能解释你的观察结果吗？
观察和结果
你注意到你正在建造的东西类似于跷跷板吗？ 用胶带粘在一起的两根蜡烛形成一个长梁，该长梁连接到充当枢轴（或支点）的针上。 蜡烛梁能够像真正的跷跷板一样自由地从一侧旋转到另一侧。 因为你没有像在游乐场跷跷板上那样在蜡烛梁上施加任何额外的重量，所以唯一向下拉梁的力是蜡烛本身的重量。 为了平衡跷跷板，重要的是向下拉梁每一侧的两个力必须完全相等。 只有当针正好放置在蜡烛梁的中间时，情况才是如此。 如果一侧稍长，也会使其更重并使其掉落，正如你可能已经观察到的那样。 但是，如果将针放在中间，则向下拉每一侧的重力应该相互抵消，并且它应该保持平衡。
一旦你点燃蜡烛，这种情况就会改变。 当蜡烛燃烧时，会发生化学反应，将蜡烛蜡转化为气体。 你可能还注意到固体的蜡变成了液体，并滴落到铝箔上。 通过燃烧和滴落损失的蜡会使蜡烛变短，因此也变轻。 当蜡烛梁的这一侧变轻时，它会向上移动，而另一侧较重的一侧会掉落下来。 一旦另一根蜡烛失去蜡并再次变轻，旋转方向就会反转。 这种跷跷板运动的关键是，两根蜡烛不会同时燃烧相同数量的蜡。 这就是你必须先后点燃它们的原因。 如果两根蜡烛同时开始燃烧并同时失去相同量的蜡，则蜡烛跷跷板将保持平衡。
如果你切掉一侧蜡烛的一部分，则较长的、现在较重的一侧的梁会掉落下来。 当你点燃蜡烛时，你可能会注意到蜡烛跷跷板根本没有移动，因为较长的一侧在两根蜡烛燃烧时总是较重。 但是，如果你做了额外的测试，并且只点亮了较重一侧的蜡烛，那么你会注意到，一旦蜡烛燃烧到足以使其变短变轻时，跷跷板就会掉落到另一侧。
清理
确保两根蜡烛完全熄灭，并处理掉它们和铝箔。 如果你不希望重复使用针，请务必将其丢弃在利器容器中。
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