近日,笔者在南京师范大学随园校区参加教育部新时代中小学名师名校长培养计划(2022-2025)名师培养对象第四次集中研修,在餐厅看到一个神奇的转运球。只见一个圆润的石球在水面上不停地旋转,十分有趣。
这个转运球笔者很多年前都已经见到过,一直想搞明白它的内部结构和工作原理,但是以前见到的转运球都十分巨大,没办法拿下石球看个究竟。
这回见一个小巧玲珑版的转运球,自然不愿意错失良机,征得餐厅服务员的允许,笔者拿下石球,看到了转运球的内部结构,悟到了转运球的工作原理。
原来,石球的下方是一个碗状的凹槽,凹槽底部有一喷水口,凹槽的四周边缘与石球并不完全密合,而是在凹槽的一侧开有排水口。如果用手压紧石球,石球与凹槽四周紧密接触,水流只能从排水口流出。
如果放开石球,由于凹槽底部的喷水口喷水速度和压力较大,水流将石球微微托起,石球与凹槽脱离接触;与此同时,水流从排水口排出,会对石球施加一个旋转力矩,石球就会旋转不停。
这里需要强调指出的是,托起石球的力并不全是水的浮力,如果关掉电源,不再向凹槽内注水,由于水的密度比石球小很多,仅仅靠水的静态浮力是无法托起石球的,托起石球的力主要是水对石球向上的压力。