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关键概念
重力
摩擦力
惯性(牛顿第一运动定律)
摘自 《国家科学教育标准》:物体的位置和运动
简介
您是否见过魔术师快速地从桌子上扯下桌布,而让所有的盘子和杯子仍然留在原位?这个戏法根本不是魔术——而是科学!您可以使用相同的原理(无需打破任何盘子)使硬币落入一个小容器中。
一枚静止在台面上的硬币不太可能做太多事情——除非您或其他人做些什么来移动它。如果您轻轻推它一下,它会朝哪个方向移动?如果您从几英寸的高度掉落它呢?硬币的行为方式与大多数固体物体一样——它保持静止,直到您对其做些什么。但是,您能在物体静止时让它去您想让它去的地方吗?像魔术师一样,通过让硬币从纸环的平衡点落入一个小容器中——几乎只靠重力的帮助。
背景
著名的桌布戏法的关键也是使这项活动奏效的关键:速度。通过使用一个快速、流畅的动作,您正在克服纸和硬币之间产生的摩擦力(轻微的抓力)的阻力。快速的移动让重力有机会压倒摩擦力——并展示惯性。
惯性,由艾萨克·牛顿爵士解释,现在被称为牛顿第一运动定律,它指出静止的物体将保持静止(运动的物体将保持运动),直到受到另一个力的作用,例如重力——或者您!
材料
• 硬币
• 瓶子、罐子或顶部开口小的容器(比硬币大——但不要大太多)
• 3 英寸 x 5 英寸索引卡或其他结实的纸张
• 剪刀
• 胶带
• 钢笔或铅笔
• 水(可选)
准备
• 小心地将索引卡纵向剪成约 3/4 英寸宽的条状。
• 将卡片的末端粘在一起,并将其塑造成一个环,使其能够平衡在容器的小开口顶部。
• 如果您的容器不够重,无法自身稳定,或者您只是想看到硬币溅起水花,则将容器部分装满水!
• 将纸环以宽边朝上的方式平衡在容器的开口顶部,使环的开放中心面向您。
• 将硬币平衡在环的最顶部——正对着容器的开口上方。这种平衡可能需要尝试几次,如果太困难,请尝试使用较大的卡纸制作更大的环。
步骤
• 您能在不使用手的情况下将硬币放入容器中吗?
• 将钢笔或铅笔水平放置在环内。慢慢地将环从容器顶部拉下来。硬币发生了什么?
• 将环和硬币放回容器顶部。
• 现在尝试快速动作:将钢笔或铅笔插入环的中心,然后快速将环拉到一侧(小心钢笔或铅笔的尖锐尖端)。这次硬币去哪儿了?它是否比缓慢推动时更靠近容器——或在容器内部掉落?
• 如果硬币没有掉入容器中,请观察它比缓慢推动时靠近了多少,并尝试多做几次。
• 您能以多慢的速度拉开环,仍然能让硬币掉入容器中?
• 额外内容:当您使用较大或较小的纸环时会发生什么?
• 额外内容:尝试将其变成魔术师桌布戏法的一个版本。将一张扁平的索引卡放在瓶子的开口上。将一枚硬币放在索引卡的顶部,使其正对着开口上方。尽可能快地尝试滑动索引卡。您能让硬币掉入下面的开口中吗? 继续阅读以了解观察、结果和更多资源。 观察和结果
您认为当您缓慢拉开环和快速扫开环时,硬币的行为方式为什么不同?
硬币不是在胡闹——它是在遵守物理定律。当硬币所 resting 或被缓慢推动的环时,由于摩擦力有助于将其固定在那里,因此它会与环停留更长时间。然后重力最终接管,硬币滚落到台面上。但是,当硬币一直 resting 的纸面被快速扫开时,摩擦力没有机会将其拉动。相反,原本静止的硬币除了在重力的作用下直线向下掉落之外,无处可去。
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倒出水,注意不要让任何硬币掉入下水道。回收或重复使用您的容器。
更多探索
“牛顿和苹果的真实故事是什么?亲自看看”,来自《大众科学》
“阻止一名跑卫需要多少动量?”,来自《大众科学》
“牛顿第一定律”,来自 NASA 儿童页面的概述
“牛顿运动定律”,来自 TeacherTECH 的概述
《重力是一个谜》,作者:Franklyn M. Branley,适合 4-8 岁
《万事皆可做儿童科学实验书:煮沸冰块、漂浮水、测量重力——挑战你周围的世界!》,作者:Tom Robinson,适合 9-12 岁
接下来…
用静电弯曲水流
您需要的材料
• 三个小泡沫塑料杯(或者,您可以使用两个纸杯来装水,并使用一个充气的气球来提供静电荷)
• 牙签
• 水
• 一个有干净、干燥头发的人