关键概念
物理学
平衡
力
重力
杠杆
介绍
你见过活动雕塑吗？不是手机——而是一种悬挂的艺术雕塑？你小时候可能在房间里见过这样的活动雕塑。这些活动雕塑悬挂在空中，通常由多层悬挂的平衡杆组成，这些平衡杆又悬挂着物体。当你观察一个活动雕塑时，你可能会想知道它是如何保持平衡的——即使它在运动时也是如此。在这个活动中，你将制作自己的活动雕塑并找出答案。
背景知识
活动雕塑是可以在空气中自由移动的悬挂式雕塑。这些雕塑不仅具有艺术性，而且也是平衡力的绝佳演示。如果你仔细观察传统的活动雕塑，通常会注意到它由各种水平杆组成。在每根杆上，都有用绳子连接的悬挂物体。在制作活动雕塑时，重要的是保持每根杆上的物体平衡，这样杆才能保持水平，而不会向任何一个方向拉下。每根杆本质上都像跷跷板。如果你在一端放更多的重量，重力会将杆向那个方向拉下。为了平衡杆，你需要在另一侧施加相同大小的 противо作用力。
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重要的不仅是物体的重量，还有它们在杆上连接的位置。您可能会注意到，并非所有物体都对称地连接到杆上，这意味着它们与杆的支点（或中心）的距离不相等。即使是质量相同的两个物体，如果其中一个物体比另一个物体离杆的支点更远或更近，杆也可能会向一个方向倾斜。
只要没有额外的力作用在其结构上，平衡的活动雕塑就会处于静止状态。然而，当空气移动时，它可以推动悬挂在活动雕塑上的物体。结果，它们开始移动。这种运动会在整个活动雕塑结构中产生连锁反应，因为它的所有部件都是连接在一起的。
你现在可能意识到，制作活动雕塑不仅需要艺术技巧，还需要一些物理学和平衡力的知识。在这个活动中，你将通过制作自己的活动雕塑来测试所有这些技能。你认为你能够平衡其结构内的所有力吗？
材料
厚卡纸或卡片纸（各种颜色都可以）
打孔器
笔
马克笔
剪刀
胶带
绳子
吸管，至少 6 根
天花板或门框（可以用来悬挂活动雕塑）（以及椅子或成人来帮助悬挂）
准备工作
在卡纸上画出 10 个不同的形状，你想要将它们连接到你的活动雕塑上。形状应在形状和大小上有所不同。
用剪刀小心地剪下不同的形状。如果你喜欢，你可以装饰每一个形状。
在每个剪裁形状的顶部中心打一个孔。
将绳子穿过打孔，打结，将绳子系到每个形状上。尝试改变连接到每个形状的绳子的长度，使它们不完全相同。
步骤
从活动雕塑的一层开始。将一根绳子系到其中一根吸管的中心。用绳子拿着吸管，使其自由悬挂在空中。吸管是水平悬挂的吗？如果不是，你必须做什么才能使其水平悬挂？
一旦吸管平衡，将你的第一个形状系到吸管的一端。再次，用绳子将吸管举到空中。你注意到吸管发生了什么？
将第二个形状系到吸管的另一端，然后再次将吸管举到空中。吸管平衡了吗？为什么或者为什么不平衡？
通过沿吸管移动其中一个形状来平衡吸管。你能在吸管上找到一个位置，使两个形状都平衡吗？
使用第二根吸管和另外两个形状来构建另一个平衡结构。在吸管上平衡两个形状有多容易或多难？
重复上一步，直到你用完所有剪裁的形状。
现在将所有部件组合在一起，创建一个多层活动雕塑。使用绳子将你制作的所有吸管相互连接，直到活动雕塑平衡为止。使用不同长度的绳子，使形状和吸管不会相互碰撞。你能够平衡你的活动雕塑中的所有力吗？
一旦你成功地平衡了你的活动雕塑，使用胶带或绳子小心地将其悬挂在天花板或门框上。当它自由悬挂时，你的活动雕塑会移动吗？
小心地吹一下悬挂在活动雕塑上的其中一个形状。你观察到什么？
拓展： 你使用了许多不同长度的绳子来制作你的活动雕塑。找出你用来将形状连接到吸管上的绳子的长度是否重要。使它们都具有相同的长度，然后再使用两种不同的长度。它会改变吸管的平衡方式吗？
拓展： 不要在一根吸管上连接两个不同的形状，而是在一侧放置一个形状，在另一侧放置另一根吸管。然后在该吸管上添加更多形状（或吸管）。这是向你的活动雕塑添加更多层级的另一种方法。你可以构建多少层？
拓展： 尝试测试不同长度的吸管。如果你将一根或多根吸管切成两半，或者在你的活动雕塑中使用不同长度的吸管，会发生什么变化？
拓展：你能否使用其他材料制作活动雕塑，例如木块或其他三维物体？什么效果最好？不同的物体会带来哪些挑战？
观察与结果
你能够平衡你的活动雕塑中的所有力吗？这可能比你想象的要棘手。即使在绳子上平衡吸管也可能具有挑战性。你可能已经观察到，如果你没有将绳子系在吸管的正中心，它会被一侧拉下的程度大于另一侧。为了确保吸管完全水平悬挂，作用在其两侧的向下拉力必须完全相同（如果绳子位于吸管的中心，则情况如此）。当你将一个形状连接到吸管时，形状的重量应该会将吸管向其连接的一侧拉下。
将另一个形状连接到吸管的另一侧很可能也没有完全平衡吸管。这是因为两个连接件的形状和大小可能不完全相同。较重的形状比轻的形状对吸管的下拉力更大。你可能可以通过将较重的形状移动到更靠近吸管的支点（或中心）的位置来平衡吸管。
将整个活动雕塑组装在一起可能需要一些耐心。活动雕塑可能需要大量的测试和尝试，以弄清楚如何平衡每根吸管上的负载。你可能已经注意到，绳子的长度对吸管的平衡影响不大，因为绳子本身不是很重。当你挂起活动雕塑并吹其中一个形状时，应该很明显，即使是最轻微的微风，活动雕塑也会移动。空气运动推动了形状，即使力很小，整个活动雕塑也开始移动，因为它的所有部件都是连接在一起的。
清理
清理剩余的卡纸、绳子和你所有的工具。你可以将活动雕塑挂在你的房间里，或者作为礼物送人。
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