为什么毽子和羽毛球都要插上羽毛?为什么西汉青铜“透光镜”会透光?为什么旧电池还能用在小闹钟上?| 为什么

政务   2024-11-16 11:01   上海  
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为什么毽子和羽毛球都要插上羽毛?


踢毽子可算是既简单又有趣的体育活动了。考古学家在汉代的画像砖上就发现了踢毽人的形象,足见其历史悠久。毽子的传统做法是将一枚铜钱或硬币用布包起来作为毽托,将一根空心的鹅毛管的一头剪断,另一头剪四条缝,向外折成90°,用线缝在键托上,然后插上五六根公鸡毛,一个漂亮的毽子就做成了。毽子的构造虽简单,却有着多种多样的踢法,许多地方还举办踢毽子比赛,看谁的动作最精彩、难度最大。

可是,毽子为什么一定要插上羽毛呢?
拔去羽毛的毽子还能踢吗?做个实验你就会发现,只有插上羽毛,腾空的毽子才能保持毽托朝下的位置,每次抬脚都正好和落下的毽托相遇。若拔去羽毛,毽子会在空中乱翻滚,就不能保证脚背正好踢到毽托。因此,羽毛的作用就是使毽子保持在空中的稳定姿态。毽子的毽托集中了几乎毽子的全部重量,羽毛虽轻可是面积比毽托大得多。毽子在空中飞舞时,空气对羽毛的阻力比对毽托的阻力大得多。如果毽子朝一边偏转,作用在羽毛上的空气阻力就会把毽子拉回原处,毽子就不会翻滚了。用力学分析的语言来说,羽毛的重量虽小,但偏离平衡位置时,空气阻力产生的力矩很大,使毽子回到毽托处于正下方的姿态。


利用羽毛起稳定作用的不仅有键子,还有箭矢和羽毛球等。但箭矢和羽毛球用的羽毛要比毽子的公鸡毛硬得多。因为箭和羽毛球的飞行速度比键子快得多,与毽子的软羽毛相比,硬羽毛能产生更强烈的空气动力学效应,加长的箭杆也为空气动力提供了更长的力臂,使稳定作用更为有效。

空气动力的稳定作用也在现代战争中得到应用。所有的不旋转弹丸,如迫击炮弹、火箭弹和空投炸弹等都带有尾翼。尾翼的作用就在于将空气动力的作用点移到弹丸质心的后方,使倾覆力矩转变成恢复力矩,产生与毽子、箭矢和羽毛球相同的稳定作用。
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为什么西汉青铜“透光镜”会透光?




青铜镜的使用可以追溯到中国夏商时代,具有“透光”现象的西汉青铜镜是古代科学与技术的结晶。所谓的“透光”,指的是以日光照射青铜镜正面,并使其反射至远处的屏上,在屏上出现和铜镜背面纹饰相似的明暗条纹。奇妙之处在于,铜镜本身是不透明的,那么为什么背面的纹饰可以在光的照射下跑到正面来呢?

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世纪70年代,研究人员通过各种先进的手段,终于搞清楚了铜镜透光的奥秘,归结为“铸造成型,研磨透光”。首先,铜镜表面是全凸的,即在镜面基底曲率微凸的基础上,又有局部的微小凸起,而且起伏与铜镜背面的纹饰相一致。肉眼无法察觉这些微小的镜面差异,从全凸的铜镜镜面上可以看出,无纹饰处镜面薄,曲率大,所以反射光发散角度大,反射光斑较暗;有纹饰处镜面厚,反射光发散角度小,反射光较强,在叠加周围大曲率发散的部分反射光后更加明亮。在太阳光照射下,由于铜镜各处发散不一,相互叠加,于是在屏幕或墙壁上形成了与镜背纹饰相对应、明暗相间的纹饰图像,产生了神奇的“透光”效果。此外,研究发现,“透光”镜除了要求是凸面镜外,还要具有宽厚的镜缘和较薄的镜体,此种结构来源于铜镜的浇铸过程,由于镜背花纹薄厚不一,冷凝后使镜体向镜面拱起,而镜面研磨的压力则使镜面曲率变形,携带了铜镜背后的纹饰信息,阳光直射时发生折射和漫反射,纹饰在镜面上形成亮影,产生类似透光的现象。简言之,中国西汉古青铜“透光”镜的透光机理为“铸造成型研磨透光”。

对透光镜奥秘的探索自中国北宋时代的科学家沈括开始,历代学者都孜孜不倦地进行探索。有的认为是因铜液冷却速度不同所致,有的认为是密度不同所引起,众说纷纭,直至20世纪80年代才完全揭秘。古代透光镜数量极少,由于制作原理已公布于众,所以现代仿品众多。

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为什么旧电池还能用在小闹钟上

在日常生活中经常有这样的经验,将在电动玩具中使用后似乎“没电”的干电池,放入小闹钟,小闹钟的指针又动了,这是为什么

干电池可以等效成一个理想电源和内阻的组合,在使用电池时,用电器(如电动玩具、闹钟、遥控器等)和内阻是以串联的形式连接在理想电源两端的,所以内阻与用电器上的电压之和等于理想电池的电压,即电池中标明的电压(比如,常用的一节五号干电池的电压为1.5伏),两者的电压比等于其电阻比。
一节新的干电池的初始内阻一般非常小,几乎可以忽略,用电器的电阻远远大于它,所以几乎所有的电压都分布于用电器上。然而,随着电池的使用,其内部物质发生了复杂的电化学反应,电池内阻值不断增加,分布于内阻上的电压不断上升,外部的用电器上的电压随之下降。


电动玩具之类的电器由于功耗大,所需的电流大,本身的电阻比较小,因而随着电池内阻上升,它能较快地接近甚至超过电动玩具等电器的电阻,使得电器的电压下降得较明显。当电池内阻上升至一定值时,电器的电压已远小于工作电压,就无法正常工作了,我们也就看到电池在电动玩具中似乎“没电”了。而小闹钟、遥控器等是小功耗电器,电阻较大,似乎没电的电池内阻明显小于小闹钟、遥控器的电阻,所以此时小闹钟等仍然能正常工作。因此,在电池的选择上,对照相机、录音机、电动玩具等需要较大工作电流的用电器一般使用内阻较小、性能较稳定的碱性锌锰电池,遥控器、门铃、钟表等需要较小工作电流的用电器一般使用普通锌锰电池即可。

废旧电池再利用的原理就是这么简单,只要用上基本的物理知识,你还会发现生活中很多有趣且有益的小方法!



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整理:公子欣

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