小学生最爱100个小实验 004 陀螺仪

现象

如果将硬币放入气球中并轻轻摇动,硬币将站立起来并开始在气球内运行。即使您停止摆动气球,硬币也会继续运行一会儿。

熟练后,您也可以使硬币在水平方向上运行,看起来就像马戏团中的表演一样。为什么气球内的硬币不会掉下来呢?

解释

如果仔细观察气球内的硬币,您会发现它们在沿着气球内壁运动时自身正在旋转。旋转的物体将尝试保持尽可能长时间的旋转而不会掉落。这称为陀螺效应。

由于陀螺效应,在气球内旋转的硬币总是试图保持直立状态。因此,即使硬币沿着圆周上下运动或水平运动,也可以持续一段时间而不会掉落。陀螺效应与陀螺和行驶中的自行车难以倾倒等现象有关。

所需材料

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①一个橡胶气球(30厘米)②硬币
气球应选择尽可能轻薄的
原则上硬币可以随意选择,建议尽量轻的

Step 1——将硬币放入气球中并使气球充满气,然后缠紧气球口部,如图:

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Step 2——双手握住气球并沿着圆圈摇晃使气球内的硬币旋转起来。如图:

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Step 3——当硬币开始旋转时,停止摆动气球并观察硬币的移动情况。(*如果气球充气过多或长时间进行实验,气球可能会破裂)。如图:

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成功实验的技巧

・移动气球时,请勿剧烈摇摆,而应使其缓慢旋转一圈。
・硬币开始旋转时,即使气球停止,旋转也会持续一段时间。如果不时移动气球以保持硬币的动量,它将稳定地长时间保持转动。

陀螺仪在各种场景中的用途

长期以来,人类对旋转物体的运动很感兴趣,并以玩具和悠悠球的形式使用了陀螺效应。

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摩托车和自行车的发明也利用了陀螺效应。由于旋转车轮的陀螺效应,运动中的自行车和摩托车难以掉落。近来,陀螺仪已被应用于在高空建筑工地起重物体的起重机。陀螺效应可保持姿势,从而使负载不会因风而四处旋转。

陀螺仪还可以控制火箭和机器人

陀螺仪是一种通过陀螺效应来测量物体方向和旋转速度(角速度)的装置。它最初是在19世纪构思的,目的是研究地球的自转。

后来,陀螺仪被用作飞机和潜艇的指南针,因为它可以知道空中和海上的正确方向。如今,已开发出了各种使用振动或激光束而不是旋转磁盘的陀螺仪。陀螺仪还用于控制太空火箭和机器人的姿态,纠正相机抖动以及控制游戏机等。

陀螺效应与季节之间的意外关系

地球像巨大的陀螺一样围绕太阳旋转(自转)。实际上,地球的旋转轴与垂直于围绕太阳的轨道平面的倾斜角度约23度。
由于陀螺效应,旋转轴的倾斜角度几乎不变。在夏季和冬季,当太阳的位置相反时,太阳照射到地球的角度和时间会发生变化,为地球带来了温度的变化和四个不同的季节。
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