核心概念
物理学
工程学
势能
动能
能量守恒
简介
你可能知道什么是投石机。在中世纪，军队会用它们向城堡的墙壁投掷石头。但是，你是否知道一种更大的中世纪攻城武器，叫做投石机？试试这个项目来制作一个迷你版本！
背景
“把科学带回家”活动制作一个投石机向你展示了如何用冰棒棍和橡皮筋制作一个迷你投石机。这个投石机的工作原理是储存弹性势能——从拉伸橡皮筋或弹簧等物体获得的能量——并迅速将其转换为弹丸（在这种情况下是棉球）的动能（运动能量）。
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投石机的工作方式不同。它依赖于重力势能——通过将物体从地面抬起获得的能量类型。投石机有一个杠杆臂，一端有一个大的、重的配重，另一端有一个较小的弹丸。当配重被抬起时，它具有很大的重力势能。然后，允许配重下落，旋转杠杆臂，并将该势能转化为弹丸的动能，弹丸被抛向空中。
许多中世纪的投石机更大，甚至可以将弹丸投掷得比投石机更远。准备好制作你自己的投石机吧！
材料
一块瓦楞纸板，大约一英尺乘一英尺
冰棒棍
剪刀
铅笔
特大号或“奶昔”吸管
胶水（如果有热熔胶枪是最好的，但使用热熔胶时请小心并寻求成人帮助。）
胶带
橡皮筋
绳子
回形针
AA电池
准备
将所有材料组装在一个开阔且没有人、动物或易碎物品的地方，以便您可以测试您的投石机。安全提示：切勿将弹丸对准人或动物。玩具投石机可能看起来无害，但即使是很小的弹丸也可能造成眼睛损伤。
要制作你的投石机，你将建造一个看起来几乎像秋千架的框架。它将在两侧有两个“A”字形的部件，顶部有一个横杆。有不止一种方法可以做到这一点，所以这里描述的过程只是一种方法。例如，你可以决定用铅笔而不是冰棒棍制作整个框架，你可以选择使用胶带、胶水或橡皮筋来固定不同的接头。把它看作一个工程设计项目——没有唯一的“正确答案”或制作投石机的正确方法。你可以根据自己的想法和可用的材料修改你的设计。
首先建造两个侧面的A字形部件。取五根冰棒棍，将其中一根切成两半。使用两根长棍和一根半根棍子形成一个“A”字形，但要确保长棍在顶部略微交叉，形成一个微型的“V”字形。这将留下一个小缺口，供铅笔稍后放置。将它们粘在一起，并用其他部件重复此操作。
小心地在你的瓦楞纸板上切出槽口，让你的A字形部件可以直立，彼此相隔几英寸。将A字形部件的末端插入槽口。如果需要，用胶水、胶带和一些额外的冰棒棍部件加固连接，使其能够自行站立。
现在你将制作投石机的臂。小心地在一根冰棒棍的一端附近的两侧切出两个小缺口。缺口应该足够宽，可以滑入一根绳子。这将有助于将你的配重固定到位。
使用胶带或橡皮筋将一小段绳子环绑在你的AA电池上。将电池悬挂在冰棒棍的缺口中。如有必要，加深缺口或用胶带、胶水或橡皮筋固定绳子。你认为在这个设计中有一个配重为什么重要？它如何帮助利用重力势能的概念？
将回形针的一端展开，使其几乎笔直，但不是完全笔直。将回形针剩余的扁平部分连接到冰棒棍的另一端，展开的部分向外向上（远离配重）指向。这将作为一个钩子，用于固定“吊索”，而吊索又固定弹丸。
从铅笔上取下橡皮擦，并将其连接到一小段绳子环上。将橡皮擦悬挂在回形针钩上。
切下一小段奶昔吸管，大约一英寸长。使用胶水、橡皮筋或胶带将其垂直连接到冰棒棍臂上。吸管应该比靠近钩子更靠近配重。（这个距离是你以后可以尝试调整的。）
将铅笔滑入奶昔吸管中。
将铅笔放入A字形部件顶部的两个V形缺口中。用橡皮筋将其固定到位。这形成一个横杆并完成了你的投石机框架。吸管和铅笔形成一个枢轴，应该允许手臂旋转。（我们不建议在此步骤中使用胶水——这样你就可以拆下横杆并更换手臂进行更改。）
确保你的投石机坚固且框架保持在一起。尝试用手旋转手臂。如果任何接头看起来很弱或框架明显晃动，请用胶带、胶水或橡皮筋加固它们。
步骤
现在是测试你的投石机的时候了。用一只手向下拉橡皮擦。这应该将配重抬到空中。然后，确保附近没有人、动物或易碎物品，松手。当你松开橡皮擦时会发生什么？它是否向前发射？它是否笔直向上飞起？它是否根本无法释放？
现在你可能需要修补你的投石机才能获得最佳发射效果。尝试将橡皮擦拉到投石机框架下方。如果橡皮擦放在地上并且吊索中有松弛，那也没关系。当配重下落时，它会将橡皮擦沿着地面拖动，然后将其拉到空中。你能找到橡皮擦的最佳起点吗？是什么让它飞得最远？
附加：你可以调整很多变量来提高你的投石机的性能。尝试更改以下任何内容，看看它们如何影响橡皮擦的投掷距离。你能优化你的设计，使橡皮擦尽可能地投掷出去吗？
配重的大小：尝试使用较轻（或较重）的电池。你认为配重的重量会对你的弹丸产生什么影响？
杠杆臂的长度：包括总长度以及从枢轴到配重的距离与枢轴到吊索的距离之间的比率。如果你移动枢轴使其正好位于臂的中间会发生什么？如果你将多个冰棒棍粘在一起以形成一个更长的臂会怎么样？
吊索的长度：如果你把它做得更长或更短会发生什么？
钩子的形状：如果你弯曲回形针使其更直或更弯曲，或者如果将其剪短会发生什么？
弹丸的重量：如果你使用橡皮擦以外的东西，例如一小块揉成团的纸，会发生什么？
观察和结果
当你向下拉橡皮擦时，这会导致电池升到空中，使其具有（重力）势能。当你释放橡皮擦时，电池会下落，其势能转化为橡皮擦的动能。当手臂摆动时，固定橡皮擦的吊索会从钩子上滑落，橡皮擦的动能导致它作为弹丸飞向空中。
根据你构建投石机的确切方式，你看到的结果会有所不同。请记住，没有唯一的“正确”方式来构建投石机。一个制作精良的投石机应该能够将橡皮擦抛掷几英尺远。如果你的投石机最初将橡皮擦直接发射到空中或根本无法释放它，请不要灰心。你应该能够稍微修补你的设计（请参阅步骤结尾的建议）以使你的橡皮擦发射出去。
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编者注：本实验中使用的设计灵感来自约翰·奥斯汀的书籍 《迷你大规模杀伤性武器：制作唾液球战争的工具》，其中包含更多你可以使用常见家用物品制作的迷你攻城武器的设计。
此活动与科学伙伴合作推出
