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                    《我們愛科學》

                    開博時間:2016-11-21 21:28:00

                    《我們愛科學》雜志創刊于1960年,是我國最早創刊的少兒科普期刊,也是唯一一家國家級少兒科普期刊。由共青團中央主管,中國少年兒童新聞出版總社主辦?!段覀儛劭茖W》旨在傳播科學知識,激發創造靈感,啟迪科學智慧,培養科學素質。

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                    彈簧秤,稱大象

                    2014-02-19 10:46:54
                                                                 
                     彈簧秤,稱大象
                                                                       作者:云峰科學游戲創意工場
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                      嘟嘟一見到小沙就興奮地告訴他:“你聽說了嗎?高博士正在組織一個很酷的比賽——用彈簧秤稱出大象的重量?!?/font>
                      “比賽規定使用的彈簧秤最多只能稱5千克的東西,怎么能稱幾噸重的大象呢?”小沙有點懷疑,“你猜他們會不會用曹沖稱象的方法?”
                      嘟嘟叫道:“走吧,還是讓我們去比賽現場看看吧?!?/font>

                    出師不利的巨秤
                      參加比賽的大象名叫阿蓮,它還會表演雜技呢。
                      比賽首先出場的是藝術學院隊,選手們制造了一個巨大的秤。這個巨秤全長6米多,用從建筑工地借來的實心鋼管做成。高博士畫了個草圖介紹道:“巨秤頭部A處的S形掛鉤與裝大象的鐵籠相連,B處有套環可掛在吊車上,C處放瓶裝純凈水當砝碼。兩端平衡后,數出純凈水的數量,用彈簧秤稱出一瓶水的重量,就可以算出大象的重量了。巨秤的尺寸是:AB長5厘米,BC長6米?!?/font>
                     
                      比賽開始后,隊員們把巨秤掛在吊車上。吊車啟動后,裝大象的鐵籠還沒離開地面,巨秤A處的S形掛鉤就斷了。這個方案失敗了。
                      “他們失敗有兩個重要原因:一是采用了實心鋼管,二是加工S形掛鉤的方法不當?!备卟┦拷o小沙和嘟嘟解釋,“與實心鋼管相比,相同粗細的空心鋼管強度更高,不容易折斷,而且重量輕。自行車用空心鋼管做成,很多植物如麥稈都長成中空的,都是這個道理?!?/font>
                      “大家都覺得用實心鋼管做巨秤比較結實,想不到錯了?!?小沙說。
                      高博士繼續說:“另外,S形掛鉤由較粗的鋼筋做成。物體彎曲時外表會發生變形,直徑越粗變形越嚴重。鋼筋一彎曲就容易出現裂紋,如果不加處理地直接彎曲鋼筋,做出來的掛鉤很容易斷裂,正確方法是在加熱的情況下加工掛鉤。藝術學院隊的方案還有很多細節需要改進?!?nbsp;
                      

                    把杠桿串聯起來
                      第二個上場的是家庭隊,由來自深圳的一家三口組成。他們的裝置看起來比較簡單,像個臺子一樣。臺子的一端有個小秤盤,只要把物體放在秤盤里,就能稱出重量。
                      “我觀察了一下,這個裝置是由串聯的杠桿組成?!编洁桨l現了其中的秘密。
                      “串聯?”小沙有點奇怪,“杠桿就可以把力放大,為什么要串聯呢?”
                      高博士畫了一個示意圖,解釋道:“這個秤是這樣的:ABC是第一級杠桿,可把力放大10倍;CDE是第二級杠桿,也可以把力放大10倍。兩個杠桿合在一起可以把力放大100倍。在E處安裝彈簧秤來稱量。最后整個裝置封裝在一個平臺中,平臺的大小正好可以讓大象站在上面?!?/font>
                     
                       “我還是不理解串聯杠桿有什么好處?!毙∩痴f。
                      高博士說:“如果直接做一個杠桿,一邊是大象,一邊是狗。假設大象重2000千克,狗重20千克,要想達到兩端平衡,那么杠桿兩段的長度比就要是1﹕100。我們管其中短的那段叫短力臂,長的叫長力臂。如果短力臂為5厘米,那長力臂必須是500厘米,整個杠桿就要有5米多長。這么長的杠桿很容易折斷?!?/font>
                      “短力臂不能更短些嗎?這樣整個杠桿不就可以短些了嘛?!编洁秸f。
                      “再短誤差就大了?!备卟┦坑之嬃藦埵疽鈭D解釋說,“如果采用串聯杠桿,AOB是一個杠桿,BCD是另一個杠桿,兩杠桿在B點連接在一起。設BO是AO的10倍,DC是BC的10倍,這樣總的放大倍數仍是100倍。如果短力臂AO和BC仍是5厘米,則BO和DC分別為50厘米,則整個杠桿長只有1.1米。這樣一來,整個裝置就短多啦?!?/font>
                      “哦,原來是這樣!”嘟嘟明白了其中的奧秘。
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                    只稱兩條腿的奇特稱重法
                      “我又發現了一個問題!臺子的大小足夠大象站在上面,但是稱重用的秤盤卻不大,怎么夠大象站呀。那么,他們是怎樣稱大象的呢?”小沙問。
                      只見家庭隊先讓大象的一只前腳站在托盤上,測出讀數;然后再讓大象掉轉身,把一只后腳站在托盤上,測出另一個讀數。兩次讀數加在一起再乘以二就是大象的重量。
                      小沙懷疑地問:“這樣稱準不準呀?”
                      高博士回答:“大象靜止站立時,它受到的重力就分散在4條腿上。而兩條前腿對稱,受力一樣;同樣,兩條后腿也對稱,受力也一樣。所以,只要稱出一前一后兩條腿的受力大小,就能得出半頭大象的重量了。家庭隊的測量方法很巧妙?!?/font>
                       大象的標準重量為2100千克,最終家庭隊稱出的重量為2080千克,誤差只有20千克,家庭隊獲得勝利。
                      高博士總結說:“家庭隊采用串聯杠桿的方法測大象重量,設置巧妙。通過稱兩條腿得出大象重量的方法也很有創意。平臺的高度大約只有20厘米,測量時,大象可輕松把腳踩在裝置上,不會害怕,這也是家庭隊最后取得成功的重要保證?!?/font>
                      家庭隊的招很妙,但還是能看到“秤”。那么,有沒有辦法讓人看不到“秤”也可以稱出大象的重量呢?高博士又產生了更瘋狂的想法。








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