¿De qué dinastía proviene el vaso? ¿Qué pasó? ¿Cuál es el principio?
El vaso es un juguete con una larga historia, especialmente querido por los niños de todas las edades. Song Wei, un erudito de la dinastía Qing, escribió en "Primero, el comienzo de la era": "El roly-poly comenzó en la dinastía Tang", según los registros de la dinastía Qing, pronunció un largo poema "Jiu". Barba" para expresar el significado, y dijo en el prefacio: "Hu Zhi La persona que patrulla es el maestro ". Este es el prototipo del roly-poly. Luego se extendió gradualmente hasta el día de hoy y evolucionó hasta convertirse en un juguete que entretiene a los niños, agregando diversión infinita a los niños e incluso a los adultos. Luego, después de estudiar la mecánica teórica, podemos analizar el principio del "vaso" desde la perspectiva de la mecánica y comprender sus aplicaciones relacionadas en la vida diaria y la producción.
1. Principios de Mecánica
La copa de vino más común tiene el cuerpo de papel y el fondo de barro, es decir, se moldea con pulpa de papel o se pega con papel usado, para luego hacerlo. hecho en semicírculo con base de barro. Una vez que los dos estén unidos, pegue papel en el exterior y píntelo con color. Otros usan madera como fondo, con bloques de hierro y guijarros fijados en el centro del fondo; también hay "calabazas" que se hacen sacando la médula interior de una calabaza pequeña y llenándola de plomo; de cáscaras de huevo y viejas pelotas de tenis de mesa. Todas estas copas de vino tienen una característica común: la parte superior del cuerpo es una concha hueca, la parte inferior es un hemisferio sólido y la parte inferior es redonda. Estas características hacen que tengan la misma estructura mecánica básica y puedan lograr el efecto de "no caerse".
1. La estructura principal del tambor
El tambor es una carcasa hueca liviana, la parte inferior del cuerpo es un hemisferio sólido, que es relativamente pesado, y el centro de gravedad del; El vaso está dentro del hemisferio. Hay un punto de contacto entre el hemisferio inferior y la superficie de apoyo. A medida que el hemisferio rueda sobre la superficie del rodamiento, la posición del punto de contacto cambia. El vaso siempre se apoya sobre una superficie de apoyo con un punto de contacto, siempre un monopié.
2. La estabilidad del equilibrio del tambor
Cuando una fuerza externa actúa sobre el tambor, este perderá su equilibrio. Sin embargo, una vez que se elimina la fuerza externa, el tambor puede regresar. al estado de equilibrio por sí solo, lo que indica que el tambor tiene La capacidad de resistir interferencias externas y mantener el equilibrio es la estabilidad del equilibrio. La formación de esta capacidad para resistir interferencias y mantener el equilibrio depende de la tensión ejercida sobre el tambor.
3. Hay tres tipos de fuerza sobre el tambor.
En primer lugar, el vaso equilibra el estrés. Sobre la mesa, el tambor se ve afectado por dos fuerzas externas: una es la gravedad G, la atracción de la tierra hacia el tambor; la otra es la fuerza de apoyo, la fuerza de reacción de la mesa hacia la esfera de la vaca. Según las condiciones de equilibrio del objeto, siempre que las dos fuerzas sean iguales en magnitud, opuestas en dirección y actúen en línea recta, el volteador puede mantener un estado de equilibrio.
En segundo lugar, el estrés provocado por la inclinación del tambor. Cuando el tambor se inclina, dos momentos actúan sobre él. Al efecto de la fuerza externa lo llamamos interferencia, y la fuerza externa forma un momento de interferencia. El otro se llama par de arrastre, que se forma por la propia gravedad. Originalmente, el vaso estaba en posición vertical, pero debido a la acción de una fuerza externa, la fuerza externa produjo un momento en el punto de contacto entre el vaso y la superficie terminada, lo que provocó que el vaso se inclinara, rompiendo el equilibrio original. Además, la gravedad no produce un momento, porque el tambor está en posición vertical, la línea de acción de la gravedad y el punto de apoyo están en la misma línea y el momento es cero. Debido a la fuerza externa, el tambor se inclina, el hemisferio gira hacia un lado y el punto de contacto se mueve en consecuencia, formando un nuevo punto de contacto, es decir, un nuevo punto de apoyo. En este momento, la línea de acción de la gravedad y el punto de apoyo original no están en línea recta, formando así un momento, que es el momento de resistencia. Es precisamente debido a la formación y desarrollo del par de resistencia que se resiste y bloquea la interferencia de fuerzas externas. La dirección del momento de resistencia es exactamente opuesta a la dirección del momento de perturbación. Al mismo tiempo, a medida que aumenta el ángulo de inclinación del tambor, también aumenta el desplazamiento de la línea de acción del centro de gravedad y también aumenta la magnitud del momento de resistencia. Cuando el momento de resistencia es igual al momento de perturbación, la volteadora entrará en un nuevo estado de equilibrio (el estado de equilibrio inclinado) y la interferencia de fuerzas externas se detendrá. Por lo tanto, después de que fuerzas externas perturban el tambor, el equilibrio original se destruye, pero se forma un nuevo equilibrio y el tambor puede continuar manteniendo el equilibrio. Aunque los métodos de equilibrio son diferentes, la esencia del equilibrio sigue siendo la misma, que es el equilibrio dinámico.
En tercer lugar, la presión sobre Tumbler para que se recupere. Desde la perspectiva de la energía potencial, un objeto con baja energía potencial es relativamente estable y este objeto definitivamente se convertirá en un estado con baja energía potencial. Cuando el tambor cae, la base donde se concentra la mayor parte del centro de gravedad se eleva, provocando un aumento de la energía potencial, por lo que el tambor tiene que volver a su posición original. Desde la perspectiva del principio de palanca, cuando el tambor cae, el centro de gravedad siempre está en el extremo. No importa dónde esté el punto de apoyo, aunque el brazo de la base sea corto, torque = fuerza * brazo de momento, el tambor volverá a su posición original debido al gran torque en el otro extremo de la base.
Además, la parte inferior del vaso es redonda y tiene baja fricción, lo que facilita que el vaso vuelva a su posición original.
En todo el proceso anterior, establecer un nuevo equilibrio es la cuestión principal, porque sólo de esta manera se puede resistir la interferencia de fuerzas externas, mientras que restablecer cierto equilibrio es una cuestión secundaria, porque la interferencia de fuerzas externas Las fuerzas han sido retiradas en este momento. Durante todo el proceso, el tambor siempre mantiene la propiedad de equilibrio, es decir, "estabilidad equilibrada"
4. Descripción general de los principios mecánicos
Para resumir, el punto clave de este principio. es: hacer que la fuerza de gravedad La línea de acción se desvíe del fulcro, lo que hace que la gravedad produzca un momento en el fulcro, que es la distancia de resistencia. A medida que el ángulo de inclinación del tambor continúa aumentando, el desplazamiento de la línea de gravedad aumenta y el momento de resistencia también aumenta, logrando eventualmente el equilibrio con el momento de fuerza externo. Así se forma la capacidad del vaso para resistir interferencias externas y mantener el equilibrio.
2. Aplicación del principio de la secadora
El principio de la mecánica de la secadora se utiliza ampliamente en la producción y la vida de las personas. El principio del vaso no sólo brinda diversión a las personas en términos de diseño arquitectónico, fabricación de juguetes, necesidades diarias, diseño estructural de automóviles, aptitud física, etc., sino que también aprovecha al máximo el hecho de que "los objetos livianos y pesados son más estables debido a su centro de gravedad más bajo", se han realizado grandes mejoras en los sacos de arena de juguete que se encuentran comúnmente en varias instalaciones.
En términos de juguetes, artículos de primera necesidad y equipamiento deportivo, como se muestra en la imagen de arriba, el vaso es un recipiente en forma de taza que se caracteriza por una parte superior liviana y un fondo pesado, un hueco. En el interior, un fondo redondo engrosado y el peso se concentra en la copa. En el centro de la parte inferior, la superficie de contacto inferior es muy pequeña, lo que permite que la copa se agite al moverse. El saco de arena tipo secadora es un equipo de ejercicio físico común. Se basa en su chasis de hierro para estabilizar el centro de gravedad, de modo que la mayor parte del peso se concentra en una posición muy baja. La parte superior es solo de espuma u otros materiales livianos y suaves. Incluso si se somete a una fuerte fuerza externa, el saco de arena no se caerá. También hay bases para ventiladores eléctricos, soportes para micrófonos, señales de paradas de autobús, etc. Utilice el principio roll-poly para mejorar la maniobrabilidad de la Pagoda Xi Xiaoyan.
En términos de diseño arquitectónico y estructura del automóvil, como se muestra en la imagen de arriba, la Pequeña Pagoda del Ganso Salvaje de Xi'an, de 1.300 años de antigüedad, ha experimentado docenas de terremotos y se ha agrietado y reorganizado tres veces en importantes acontecimientos históricos. terremotos, especialmente en 1556. En un terremoto, su altura total cambió de 56 metros a la altura actual de 43 metros, pero el cuerpo de la torre aún no se ha inclinado, lo cual es sorprendente. ¿De qué se trata? Alrededor de la base de la Pequeña Pagoda del Ganso Salvaje, el subsuelo con un diámetro de unos 60 metros se profundiza gradualmente desde el exterior de la base hasta el centro. Hay varias capas de piedra azul en el medio y la base de la torre está construida con ladrillos en la parte superior. Al mismo tiempo, se construye en el suelo una plataforma de cimientos de tres metros de altura, con la torre directamente encima. Esto hace que la torre parezca un vaso, por lo que no ha sufrido enfermedades graves durante miles de años. Al diseñar y fabricar un automóvil, al aumentar la proporción del chasis con respecto al peso total de la carrocería, se baja el centro de gravedad del automóvil, de modo que el automóvil pueda mantener un estado de equilibrio durante el frenado o giro de emergencia, evitando el tráfico que pone en peligro la vida. accidentes y utiliza el principio roly-poly para mejorar el rendimiento del coche.
Además, el experimento de "rodar sobre un cono" que vimos en el Museo de Ciencia y Tecnología, el equilibrista sosteniendo una barra de equilibrio y la postura medio en cuclillas del Tai Chi utilizaron el roly-poly. principio.
En tercer lugar, ideas
Un principio mecánico simple puede brindarnos mucha creación y diversión. Cuando terminé de escribir este artículo, sentí profundamente el poder de las ciencias naturales.
Aprender bien cursos básicos de ciencias naturales, como la mecánica teórica, es de gran importancia para nuestro futuro desarrollo personal e incluso para el progreso de la sociedad humana. Al igual que el vaso, el conocimiento que estamos aprendiendo ahora es la parte básica del vaso. Sólo cuando el peso de la base cumpla con los requisitos nuestro aprendizaje de nivel superior podrá seguir siendo siempre invencible.