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秋季学期开端
小编队伍也开端了招新
作为老司机的我
担负起了培育新人的重担
但在将我的一生绝学
传授给他们的时分
我却意外地听到这样一段对话
新司机A:这个这么才干越过去呢?
新司机B:再多储藏一点,必定能成功!
新司机A:我觉得差不多了,都到达这种高度了。
什么?
我辛辛苦苦地培育
他们居然要换岗!
我夺门而入
哎?
本来他们在做这个试验~
试验器件
所标杯、塑料瓶、双面胶、小钢球、剪刀、木杆
试验进程
首先在木杆的一端
用双面胶粘上瓶盖
然后用剪刀
在塑料瓶的瓶口端
剪出一个漏斗状的容器
再把它也粘在
离瓶盖必定间隔的方位
下面有请小钢球
闪亮上台
哎呀,弹出去了
设备已完结
来张合影吧
小钢球看着不远处的“漏斗房”
又大又宽阔
还有“落地窗”的保护
心生仰慕
决议“换岗”~
哇!
它成功了!
来细心看看这一进程吧~
原理说明
这个试验的原理并不杂乱,当木杆与地上的夹角在某一规模内时,木杆会先于小球落地。一起,因为小球在做直线运动,而木杆是在做滚动,相对木杆,小球会有水平方向的移动,所以终究小球会从木杆的顶端落到木杆上的漏斗中。
试验模仿设备图(单位:m)
这时分会有猎奇的读者问了,这某一规模究竟是从哪到哪呢?为了澄清这个问题,带着“中二所永不翻车”的信仰,小编开端了对设备的剖析与核算。
汤川教授:おもしろい
为了便于剖析,咱们需求先做一些简化处理。因为咱们的桌面与木杆之间的摩擦力较大,所以木杆在下落进程中,与桌面触摸的这一端是不会呈现滑动的,从而能够将木杆视为在做定轴滚动。一起,咱们假定木杆是均匀的,这样,木杆的质心就在它的对称中心。这样,使用刚体滚动的基本规律,咱们能够得到木杆下落进程中与桌面夹角的微分方程为:
这个微分方程是无法给出解析解的,所以咱们用Matlab进行数值求解。为了便于确认最终的规模,咱们以木杆为参考系,核算出小球相对木杆的运动轨道。咱们针对不同的初始视点,结合实际试验中的数据进行了核算,成果如下。
夹角为10.0°
夹角为31.0°
夹角为37.6°
夹角为45°
注:以上四张图中,左边子图反映了木杆与小球的方位改变状况,红圈表明小球,黑圈表明漏斗。右侧子图反映了以木杆为参考系,小球的运动状况。赤色方框表明漏斗,黑线表明木杆,蓝线表明小球的运动轨道。
从图中能够看到,关于夹角为10°的状况,小球相对木杆移动的间隔不行高、不行远,无法落到漏斗的规模内。而关于夹角为45°的状况,小球在运动进程中会与漏斗发作磕碰,也无法落到漏斗中。通过屡次核算后,咱们得到可行的夹角规模大约在31.0°到37.6°。这个视点规模是与杆长以及漏斗到小球的间隔有关的,所以在参数不一起,需求从头核算视点规模。
咱们还能够考虑下这样的问题,假如咱们在木杆的触地端上加上配重,改变了木杆的质心方位,这时需求添加夹角仍是减小夹角?