主要概念
物理学
工程学
弹性势能
抛射运动
介绍
弹射器在海盗的黄金时代(17世纪)对海盗来说非常方便。中世纪的骑士在更早的几个世纪就用它们来推倒巨大的城堡墙壁。甚至希腊人和罗马人在大约2000年前就使用弹射器了!这些简单的机器非常方便,只要你知道如何瞄准它们!在这个科学活动中,您将尝试弹射器技术。您能预测您的导弹将落在哪里吗?
背景
弹射器之所以工作,是因为能量可以从一种类型转换为另一种类型,并从一个物体转移到另一个物体。
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当您准备发射弹射器时,您会向其添加能量。这种能量以势能或储存能量的形式储存在发射装置中。您即将制作的弹射器使用储存在木棍中的弹性势能,当您弯曲它时。当您松开时,这种储存的能量被释放,转化为运动能量并转移到导弹(发射物体),然后导弹飞过空中。
当导弹升空时,发射装置的位置是瞄准的重要参数。但是,您加载设备的能量大小也会成为一个因素吗?尝试这个活动来找出答案!
材料
八根工艺棒(冰棒棍)
四到五个结实的橡皮筋
胶水
塑料瓶盖,用于放置棉球
棉球(如果您没有任何可用的棉球,可以用纸揉成一个小球。)
小的开放区域(一平方米即可。它应该是一个坚固、平坦的表面,如桌子或地板。)
准备工作
注意:本项目中描述的简单弹射器在使用棉球时是安全的。发射硬物或使用其他自制弹射器可能很危险。确保您发射的任何物体都是柔软且轻便的,以免伤害任何人或对您周围的物体造成任何损坏。
取六根工艺棒,将它们一个叠在另一个上面。通过在堆叠的两端缠绕橡皮筋,将这些棒固定在一起。您将把发射杆固定到这个堆叠上,如下一步所述。
要添加发射杆,取一根棒并将其垂直于您刚制作的堆叠,在中间附近,这样您就得到一个十字形状。您可以使用一根或两根橡皮筋以 X 形交叉在棒子上。如果您以这种方式交叉,棒子将保持良好的垂直。
接下来,通过用橡皮筋将一根棒子连接到发射杆的一端来添加底座。如果不是因为中间的棒堆,发射杆会平放在底座顶部。现在,发射杆和底座形成一个 V 形,侧卧,棒堆在中间。
将您的弹射器放在底座上,找到向上突出的发射杆的末端,并将瓶盖粘在那里,使其形成一个小杯子来放置导弹。
等待胶水干燥。
步骤
将您的弹射器放在一个开放区域,该区域具有坚固、平坦的表面,如桌子或硬地板上的开放空间。清理大约一米的开放空间,供发射物体(导弹)飞行和着陆。
将棉球放在发射杯中,稍微向下推杯子并松开。
球发生了什么?它飞了吗?它是飞高了还是飞低了?它落在哪里?
您预计当您进一步向下推杯子时会发生什么?这会使它飞得更高、更远、更高更远,还是走相同的路径但可能更快?
进行测试:将您的棉球放在杯子中,进一步向下推杯子,松开并观察。您可能需要重复测试几次才能进行观察。这一切发生得很快!与您稍微向下推时相比,当您向下推很多时,您的球是飞得更高还是更低?它落在更远还是更近的地方?
您注意到在哪种情况下您需要做最多的功吗?是当您稍微向下推时还是当您进一步向下推时?
尝试更多发射。每次您都得到相似的结果吗?您观察到的与您期望的相同吗?您能解释为什么吗?
额外内容:测试如果您将六根棒堆叠移近发射杯或朝另一个方向移动会发生什么。这将改变导弹升空时发射杆的位置。您认为您的更改将如何影响球的飞行路径?
额外内容:制作几个弹射器并与您的朋友一起玩游戏。使用剩余的瓶盖作为目标。将弹射器放置在距离杯子约 60 厘米的圆圈中,看看谁能得分最多。将圆圈扩大,看看谁可以调整他们的发射技术以最好地适应新条件。
观察和结果
当您进一步向下推发射杆时,您看到您的棉球飞得更高更远了吗?
当您弯曲棒子时,您会用能量加载您的发射杆。当您松开时,这种能量被释放并转化为运动能量。大部分能量转移到导弹,导弹射向空中。
进一步向下推棒子需要您付出更多努力。也许您觉得您需要施加更大的力或更努力地工作才能进一步弯曲棒子。进一步弯曲意味着更多的弹性势能被储存在棒子中,当您松开时,所有这些势能都会转化为运动能量,因此导弹以更高的速度飞过空中。在您的弹射器的情况下,导弹可能会飞得更高更远。
将六根棒堆叠移近发射杯会使发射杆更平坦地放置。这导致导弹的瞄准方向更向上而不是向前。将您的六根棒推向另一个方向会在发射杆和底座之间产生更大的角度。这有助于您向前瞄准导弹。
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