7 Klasisko Rotaļlietu Foršā Fizika

{h1}

Vai vēlaties, lai jūsu bērns izaug par zinātnieku? Iegūstiet viņiem kādu no šīm klasiskajām rotaļlietām ziemassvētkiem un izskaidrojiet viņiem pamatā esošo fiziku.

Ievads

vērpšanai-top-mazs

Salīdzinot ar videospēļu pievilcību, mūsdienu bērniem klasiskās rotaļlietas var šķist garlaicīgas. Bet patiesībā tās nav tik ikdienišķas, kā šķiet: Daudzas no šīm rotaļlietām iemieso svarīgus fiziskus priekšstatus, un rotaļas ar tām palīdz bērniem attīstīt intuitīvu izpratni par apkārtējo pasauli, kaut ko tādu, ko nevar izgūt no mūsdienu virtuālajām pasaulēm spēles.

Lai uzzinātu iemīļoto klasisko rotaļlietu fiziku, lasiet to tālāk.

Vērpšanas galotnes

spining-top2-02

Rotaļlieta, rotaļlieta, kas sastopama daudzās pasaules kultūrās un pat senajās arheoloģiskajās drupās, paredz dažus dziļus fiziskus principus. Pirmais ir leņķiskā impulsa saglabāšana, likums, kas nosaka, ka, ja nav ārējas ietekmes, kaut kas vērpjošam jāturpina griezties. Tā kā augšdaļa balansē uz neliela punkta, tā izjūt minimālu berzi ar virsmu, kas atrodas zem tā, un tādējādi turpina griezties ilgi, demonstrējot likumu.

Bet, tā kā berze galu galā palēnina virsotni, tā kļūst nestabila un sāk ļodzīties, kā rezultātā tiek parādīts cits princips, ko sauc par “precesiju”. Kad augšdaļa vīst, tās rotācijas ass neredzamā līnija virzās vertikāli caur centra galu uz sāniem, veidojot leņķi ar galdu.

Šis leņķis ļauj smaguma spēkam uzlikt "griezes momentu" augšpusē, liekot tam papildu griezienu, un tas izraisa loka pagriešanos (vai piespiedu veidošanos) uz āru, joprojām griežot, kamēr tas notiek. Cenšoties saglabāt kopējo leņķisko impulsu, augšējais piespiež ātrāk, jo lēnāk tas griežas; tas izskaidro, kāpēc galotnes parasti sliecas uz āru, tāpat kā berze aptur to griešanos.

Plazmas lampas

plasma_lamp_touching-02

Plazmas lampas (vai globusi) ir skaisti ļoti dīvainu visdažādāko vizuālo displeju attēli.

Šīs caurspīdīgās stikla bumbas ir piepildītas ar nereaģējošu gāzu, piemēram, hēlija, neona un kriptona, maisījumu, kas zemāka par simtdaļu ārējā gaisa spiediena. Mazāka sfēra luktura centrā ir elektrods un elektriskais vadītājs, ko izmanto, lai pārnestu elektrību no ķēdes uz apkārtējo vakuumu. Kad lampa ir pievienota, elektrodā ieplūst augstfrekvences elektriskā strāva, un no turienes tā nonāk gāzveida atomos, kas to apņem. Strāva jonizē atomus, dodot tiem elektrisko lādiņu un vienlaikus liekot tiem izstarot gaismas zibspuldzes. Jonizētu gāzi sauc par plazmu.

Tā kā elektroni mēģina plūst pēc iespējas tālāk viens no otra (tos atgrūž viens otra negatīvie lādiņi), tie šauj uz āru no centrālā elektrodu visos virzienos uz ārējo stikla spuldzi. Viņu evakuācijas ceļi ir plazmas pavedieni, kas redzami lampās.

Novietojot roku netālu no stikla, tiek mainīts elektriskais lauks, kas pastāv starp centrālo elektrodu un stikla lodīti, efektīvi nostiprinot spēku, kas elektronus izvelk uz āru. Tāpēc, pieskaroties bumbiņai, plazmas pavediens, šķiet, tiks piesaistīts jūsu rokai. Par laimi komerciālajām plazmas spuldzēm ir pietiekami maza jauda, ​​ka tas nesāpēs, kad elektriskā strāva iet gar kvēldiegu, caur stiklu un rokā.

Slinky

rotaļlieta slinky uz balta fona

(Attēla kredīts: VeeX | Shutterstock)

Kā parādīja Sidnejas universitātes fizikas profesors Rods Kross iepriekšminētajā video, klasiskajā Slinky rotaļlietā ir redzama patiesi pārsteidzoša fizika. Kad jūs turat slinky, tad atlaidiet, apakšā paliek kancelejas, līdz pārējā spole ir sabrūkusi virs tās. Šķiet, ka tas lidinās gaisā, pakļaujoties fizikas likumiem, pirms beidzot ar zemi nokrīt uz zemes ar pārējo spoli, bet patiesībā šī izturēšanās ir pilnīgi fiziska.

"Vienkāršākais izskaidrojums ir tāds, ka apakšējā daļa tur sēž, domājot par savu biznesu, ar smaguma spēka palīdzību to novēršot un spriedzi pievelkot vienādos un pretējos spēkos," sacīja Kross. "Nekādas kustības apakšējā galā, kamēr apakšējā galā netiek iegūta informācija, ka ir mainījusies spriedze. Un ir nepieciešams laiks, lai šī informācija izplatītos uz leju caur Slinky."

Īsāk sakot, kompresijas vilnim, kas nes informāciju par augšup vērstā spēka pazušanu, ir jāvirzās pa Slinky līdz apakšējam galam, pirms šis gals "zina", ka Slinky ir nomests un ka tam vajadzētu nokrist.

Tas, kas patiesībā izaicina fiziku, ir tas, ja Slinky apakšējais gals kritīs uzreiz, kad jūs atlaidīsit augšdaļu. Šāda veida darbība "attālumā no attāluma" dabā nekad nenotiek.

Dzeramie putni

Dzeramā putna rotaļlieta.

Slavenajā filmas "Simpsoni" epizodē Homērs uzstāda dzeramo putnu tā, lai tas datora klaviatūrā nospiestu Y taustiņu (lai atbildētu "jā"), veicot savu darbu viņa labā, kamēr viņš dodoties skatīties filmu. Gudrs zemes gabala vadītājs, bet nav reāls: dzeramā putna nepārtrauktai kustībai ir izšķiroša nozīme tases ūdens klātbūtnē.

Rotaļlieta ir vienkāršs "siltuma dzinējs", kas no ūdens iegūto siltuma enerģiju pārvērš mehāniskā darbā.

Putna knābja filca galu vispirms vajadzētu iemērkt ūdenī. Putna galvas stikla bumbiņu iekšpusē piepilda tvaiki, kas iztvaikojuši no šķidruma, parasti ar ķīmisku savienojumu, ko sauc par dihlormetānu, kas piepilda tā apakšējo ķermeni. Kad putna knābis iziet no ūdens, ūdens no tā sāk iztvaikot. Iztvaikošana pazemina putna galvas temperatūru, liekot kondensēties daļai dihlormetāna tvaiku iekšpusē. Kad šīs tvaika molekulas pārvietojas tuvāk, spiediens galvā pazeminās, un tas šķidrumu ievelk rotaļlietas augstākā spiediena pamatnē līdz kaklam. Šķidrums plūst uz augšu, kā rezultātā putns kļūst īpaši smags; tas svārstās uz priekšu un atpakaļ un galu galā apgāžas (atkārtoti mitrina putna knābi).

Pēc tam, tā kā kakla caurules apakšējais gals ir augstāks nekā šķidruma virsma, tas izraisa tvaika burbuļa pārvietošanos augšpusē, pārvietojot šķidrumu tā iet. Šķidrums plūst atpakaļ apakšējā spuldzē, un tā mainīgais svars atjauno putnu vertikālā stāvoklī. Pēc tam process sākas no jauna. Putns turpinās braukt ar velosipēdu pa šīm darbībām, kamēr glāzē ir pietiekami daudz ūdens, lai katru reizi "dzerot" atkārtoti mitrinātu putna knābi.

Raķešu paraugi

modelis-raķešu dzinējs

Vai vēlaties, lai jūsu bērns kļūst par raķešu zinātnieku? Sāciet tos sākt ar modeļa raķeti, kas izmanto tos pašus pamatmehānismus kā īsta raķete. Šīs viegli lietojamās rotaļlietas var pietuvināt vairāk nekā 1000 pēdu (300 metru) augstumu, atstājot aiz tām dūmu švīkas un pēc tam, kad tās sasniedz maksimumu, izvietot izpletni un dreifēt atpakaļ uz Zemi, lai tās varētu atgūt. un atkal atlaida. Bet kā viņi strādā?

Tas viss ir saistīts ar kārtību, kādā aizdegas dažādas raķetes iekšpusē esošās degvielas kešatmiņas. Pirmkārt, persona, kas šauj raķeti, iededzina elektrisko "maču", kas ir vītņots caur sprauslu (1) raķetes dzinēja apakšā (2). Spēle aizdedzina raķetes sadegšanas kamerā esošo degvielu (3). Propelenta (parasti kaut kāds melns pulveris, ķīmisks sprāgstviela, kas satur sēru, kokogles un kālija nitrātu) sadegšana pārvēršas karstā gāzē, un tā izplūst no sprauslas. Ņūtona pirmais likums nosaka, ka katrai darbībai ir vienāda un pretēja reakcija; tādējādi gāze, kas šauj uz leju, virza raķeti debesīs.

Magnēti

magnētiskā dzeja

Magnētisms: diezgan dīvaini, vai ne? Kas to izraisa?

Klīvlendas Valsts universitātes fizikas profesors Džarls Valkers un plaši izmantotās mācību grāmatas “Fizikas pamati” līdzautors (Wiley, 8. izdevums, 2007) skaidro, ka magnētiskie lauki dabiski izstaro uz āru no elektriski lādētām daļiņām, kas veido atomus, jo īpaši elektronus.

Parasti matērijā elektronu magnētiskie lauki norāda dažādos virzienos, izslēdzot viens otru. (Tas ir iemesls, kāpēc jūsu ķermeņa elektroni neliek jums pieķerties pie ledusskapja, kad staigājat pa to.) Bet, kad visu objektā esošo elektronu magnētiskie lauki sakrīt vienā virzienā, kā tas notiek daudzos metālos ( un, protams, magnētos) tiek ģenerēts tīrais magnētiskais lauks. Tas rada spēku citiem magnētiskajiem objektiem, vai nu piesaistot, vai atgrūžot tos atkarībā no viņu pašu magnētiskā lauka virziena.

Diemžēl mēģināt izprast magnētismu dziļākā līmenī būtībā nav iespējams. Lai arī fiziķi ir nākuši klajā ar teoriju, ko sauc par “kvantu mehāniku”, vienādojumu kopumu, kas ļoti precīzi atspoguļo daļiņu izturēšanos (ieskaitot to magnētismu), nav iespējas intuitīvi saprast, ko teorija patiesībā nozīmē... vēl nav, plkst. vismazāk. [Noslēpumainā 7 ikdienas lietu fizika]

Fizikiem rodas jautājums: Kāpēc daļiņas izstaro magnētiskos laukus, kas ir magnētiskie lauki, un kāpēc tās vienmēr izlīdzinās starp diviem punktiem, magnātiem piešķirot ziemeļu un dienvidu polus? "Mēs tikai novērojam, ka, veicot kustību ar uzlādētu daļiņu, tas rada magnētisko lauku un divus polus. Mēs īsti nezinām, kāpēc. Tā ir tikai Visuma iezīme, un matemātiskie skaidrojumi ir tikai mēģinājumi iziet cauri" mājasdarbu ”un dabas atbilžu iegūšanu,” Walker pastāstīja Life's Little Mysteries.

Kartupeļu baterijas

kartupeļu akumulators-02

Kartupeļu (vai citronu vai ābolu) akumulatora uzbūve nedaudz atklāj elektrisko ķēžu darbību. Lai veiktu šo vienkāršo zinātnisko eksperimentu, kartupelī ievietojat divus dažādus metāla priekšmetus, kas bieži ir cinkoti (ar cinka pārklājumu) un vara penss, un katram objektam pievienojiet vadus ar aligatora klipšiem. Šos vadus var piestiprināt vai nu pie diviem multimetra spailēm (kas mēra ķēdes spriegumu), vai arī ar kaut ko līdzīgu digitālajam pulkstenim vai spuldzei. (Lai iegūtu pietiekami daudz sprieguma, lai darbinātu šīs ierīces, var būt nepieciešami divi vai trīs kartupeļi, kas savienoti virknē.)

Kartupelis darbojas kā akumulators, radot elektronu strāvu, kas plūst caur vadu. Tas notiek tāpēc, ka skābe kartupeļos izraisa ķīmiskas izmaiņas cinkā, kas pārklāj naglu. Skābe darbojas kā "elektrolīts", jonizējot cinka atomus, no katra no tiem noņemot divus elektronus un atstājot tos pozitīvi uzlādētus. Šie elektroni tiek vadīti prom no cinka joniem caur vadu un caur jebkurām ierīcēm, kas atrodas gar ķēdi un nonāk pie vara santīma. No turienes tie pievienojas pozitīvajiem ūdeņraža joniem kartupeļu cietes sastāvā, kurus tur atgrūž tuvumā esošie cinka joni. Šo elektronu kustība ir pietiekama, lai darbinātu rotaļlietu pulksteni vai spuldzi.

Izpildiet Natāliju Volčoveru vietnē Twitter @nattyover. Izpildiet Life's Little Mysteries vietnē Twitter @llmysteries, pēc tam pievienojieties mums Facebook.


Video Papildinājums: .




Pētniecība


Kā Lasītprasme Pārraksta Smadzenes
Kā Lasītprasme Pārraksta Smadzenes

Kurš Bija Pirmais, Kurš Lidoja?
Kurš Bija Pirmais, Kurš Lidoja?

Zinātne Ziņas


Noslēpumains Vīruss, Kas Identificēts Dīvainā Putnu Nāvē
Noslēpumains Vīruss, Kas Identificēts Dīvainā Putnu Nāvē

Viss Par Jums: 2013. Gada Desmit Labākie Stāsti Par Cilvēka Dabu
Viss Par Jums: 2013. Gada Desmit Labākie Stāsti Par Cilvēka Dabu

Komēta 'Rubber Ducky' Ir Stresa Stāvoklī Un Turpina Plaisāt Kaklu
Komēta 'Rubber Ducky' Ir Stresa Stāvoklī Un Turpina Plaisāt Kaklu

Sasilšana No Arktikas Jūras Ledus Kušanas Ir Dramatiskāka Nekā Doma
Sasilšana No Arktikas Jūras Ledus Kušanas Ir Dramatiskāka Nekā Doma

'Snot' Milzu Bumbiņas Izskaidro Okeāna Noslēpumu
'Snot' Milzu Bumbiņas Izskaidro Okeāna Noslēpumu


LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LV.WordsSideKick.com