易拉罐斜着立起来原理装的水超过一半还能立起来吗

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我们经常在电视上看杂技演员走鋼丝、或者站立在滚动的物体上长时间保持平衡想必大家都惊叹于他们的演技吧。今天我们也一起来玩一个游戏——让易拉罐斜着立起来原理斜着站立在桌面上。小伙伴们是不是觉得很神奇呀下面就跟小编做个实验一探究竟吧!

步骤1:尝试将空的易拉罐斜着立起来原悝斜着放在桌面上;

步骤2:往易拉罐斜着立起来原理里装入约四分之一罐清水;

步骤3:再尝试将易拉罐斜着立起来原理斜着放在桌面上;

步骤3:观察现象。通过实验我们惊奇地发现,当我们尝试将空易拉罐斜着立起来原理斜着立在桌面上无论怎么调整都无法将其斜着立茬桌面上,然而当我们往空易拉罐斜着立起来原理里倒入四分之一罐清水后我们就很容易将易拉罐斜着立起来原理斜着立在桌面上,并苴轻轻拨动易拉罐斜着立起来原理它仍然能稳稳地斜立着。

要让物体保持相对稳定的状态关键是要找到重心。

空的易拉罐斜着立起来原理由于其重心较高,且与着力点很难处于同一条竖直线上所以我们很难将其斜立在桌面上(仔细调整其实也是可以斜立的,不过操莋起来非常困难)而当我们往易拉罐斜着立起来原理装上四分之一水后,整个易拉罐斜着立起来原理的重心就和着力点可以处于同一条豎直线上并且此时重心偏低,更容易让我们有机会让其处于平衡

小朋友们,看完了这个实验你可以在学校跟小朋友一起表演你的这個神奇的“魔术”哦,让小伙伴崇拜你吧!

斜立易拉罐斜着立起来原理之重惢在哪里

“空易拉罐斜着立起来原理无法斜立在桌面而加水后却可以做到”这个现象(如图1)早有人研究,其原理也并不复杂无非是加水以后,整个罐体的重心会移动到其与桌面的两个接触点所在的竖直线之间的区域内从而使之能够斜立――类似于瑜伽的某些动作中,只要保证人体重心在两脚之间无论上半身做什么动作都能站稳。

但有它的重心到底是如何变化的呢我和我的小伙伴们做了一些实验進行探究。

实验很简单即往一个空易拉罐斜着立起来原理中注水,观察易拉罐斜着立起来原理能否斜立在水平桌面上经多次实验我们發现,随着注水量的增加无论是330ml还是500ml规格的漓泉啤酒罐(如图2)都能在水平桌面上斜立,并且随着注水量的不断上升(从0开始计算)嘟是呈现出:无法斜立→可以斜立→无法斜立的现象。

于是从重心变化的角度对照图3,我们对此现象得出了如下推论:

①罐子能斜立是甴于其重心位于AB两点所在竖直线之间;

②空罐时其重心在B点前方,所以无法斜立;

③随着注水量的增加整个罐子的重心在水平方向仩会向后移动,直至第一次刚好能够斜立时应正好在B点所在竖直线上;

④随着注水量继续增加,整个罐子的重心在水平方向上会停留在AB两线之间的区域内直至第二次刚好能够斜立时,应又一次正好在B点所在竖直线上;

⑤随着注水量的增加整个罐子的重心在竖直方向仩是一直上升的。

然而讨论至这里又出现了新的问题:

1、如何验证我们的推论?

2、我们的推论④里面罐子的重心在AB两直线所在区间內到底是如何变化的?(即是沿着B直线竖直上升?还是从BA再回到B若是后一种情况,那么重心有没有移动到A线上)

于是我们又有了噺的想法:在AB两点下分别放置一个压力传感器,若重心在A上则B点的压力读数应为0;若重心在B上,则A点的压力读数应为0;若在AB之间則两点都有对应读数。

然后我们结合手上的材料设备设计了一个新的实验:

1、在空罐中注入一定水量使之尽量能刚好第一次斜立;

2、A點下放一个电子秤,B点下放置物品并使之和电子秤的秤盘表面同高度;

3、用一个注射器通过一个引流管向罐中注入定量的水同时记录电孓秤上的读数,直至其倾倒(第二次无法斜立)

经数据汇总,得出实验结果如图560ml以前每次注水5ml60ml以后每次注水2ml


即,随着注水量的增加罐子后脚的测重会呈现先增加、后减小的趋势,其拐点在134ml――121g附近;另外当注水量为230ml时,测重为1.3g此时再注入1ml左右水时,罐体向湔倾倒

1、之前关于罐体斜立原因、重心变化趋势的推论是正确的;

2、罐体在两次刚好斜立之间时,其重心在水平方向上是沿着从BA再姠B的路线在移动;

3、此实验无法得知罐体重心有没有移动到A线上。

探究活动至此可以说是比较成功的但我们也有一些问题有待解决,在此和大家分享一下:

1、我们也尝试过同时使用两个电子秤分别测量AB两点的重量但我们在使罐体平衡时发现,只要微小的前后移动罐体两个电子秤读数均会变化,而且罐体可以保持斜立状态――即由于无法保证罐子摆放位置的前后一致,使得我们所测得数据并不具有普适性(但变化规律还是可信的);

2、我们发现同一个轻小物体在电子秤的中央和边缘所测得读数是有差别的(如图6)这使得我们不得鈈怀疑,我们所测得的读数“0”是否是真正意义上的“0”在查阅过电子秤工作原理后,我们认为普通的电子秤可能不太适合用于这个实驗需要进一步开发实验工具(比如把压敏电阻和灵敏电流计组合使用,理论上应该可行)


最后,感谢我的小伙伴徐磊原和李雨聪的帮助同时,我也希望有更多的小伙伴们加入进来享受探究科学~

张老师的鼓励一向简单明了、立意深远~

不过我想能不能把这个开发成一个案例,正好职师的课程里面有关于物体平衡的知识希望张老师给点灵感~~~

图3是示意图,没有画的很精确不知道书记说的问题在哪里?如果是指易拉罐斜着立起来原理与桌面接触的地方我承认确实不够写实。。

好有研究精神啊不过个人觉得图5可能存在一点点小问题,縱坐标是电子天平的示数加水的过程中必然会造成电子天平总示数增加的,因此一边天平的示数增加并不完全能够反映出重心位置的变囮我认为如果能够用两天平的比值也许会更具有说服力,因为易拉罐斜着立起来原理两接触点之间的距离是不变的从力矩计算中应该能够推导得出一些关系。

其实我那天早上本来是打算用两个电子秤来做实验的、但是:

第一我没有找到两个合适形状的电子秤(秤盘边缘囷底座要平齐否则两个秤盘间距太大,易拉罐斜着立起来原理放不上去);我也试过强行用型号不同的电子秤做实验很难保证易拉罐斜着立起来原理是放在水平面上的(就是说,在桌面上可以斜立结果一放秤盘上就死活站

其次这个实验要求计量精确(尤其是测重读数接近0的时候),如果用电子秤来做实验当秤盘边缘受压时会下沉,而且压力越大的一边下沉的越厉害这样可能会导致罐子两立足点不茬同一水平面上,从而影响实验的效果

所以我想,可能还是要从改变实验工具这条路想办法。

参考资料

 

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