方向盤旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)重物調(diào)節(jié)重心式平衡蹺蹺板

陳奕良　夏陽(yáng)　曹美娟

蹺蹺板是生活中最常見的玩具之一，它運(yùn)用杠桿原理，要想讓蹺蹺板平衡，要求坐在蹺蹺板兩端的兩個(gè)人體重相差不大。

而生活中經(jīng)常出現(xiàn)大人帶小孩玩蹺蹺板的情況，由于體重懸殊，小孩會(huì)懸在空中，而大人會(huì)蹺不起。

由此我們猜想：如何讓兩個(gè)體重相差較大的人能一起玩蹺蹺板呢？在科技輔導(dǎo)老師的幫助下，我們開始進(jìn)行探究。

一、研究目的

演示利用重物向兩端移動(dòng)使蹺蹺板左右起落，以研究其中的杠桿原理和重心的調(diào)節(jié)，使蹺蹺板更加實(shí)用。

二、準(zhǔn)備材料

鋼槽兩塊、鋼條若干、重物與重物指示標(biāo)一個(gè)、螺桿一根、緩沖橡皮若干、焊條若干、螺絲與螺母若干、方向盤兩個(gè)、座位與支架兩個(gè)、保護(hù)罩一個(gè)。

三、研究過(guò)程

經(jīng)過(guò)研究與討論，我們最終確立了兩種改進(jìn)蹺蹺板的方案。

1.讓體重重的人坐離支撐軸近一些，讓體重輕的人坐離支撐軸遠(yuǎn)一些，根據(jù)力矩平衡，通過(guò)調(diào)節(jié)讓蹺蹺板平衡。

2.在體重較輕的人那邊安裝一個(gè)重物，相當(dāng)于一個(gè)配重，使兩端重量基本相等。這樣就不會(huì)出現(xiàn)體重較輕的人懸在空中，較胖的人坐在翹板上起不來(lái)的現(xiàn)象。

方案一中，若讓體重較重的人坐在離支撐軸近的一段，讓體重輕的人坐在離支撐軸遠(yuǎn)的一段，那么蹺蹺板的座位就必須能夠移動(dòng)，然而座位移動(dòng)時(shí)很麻煩且穩(wěn)定性不夠；如果坐在離支撐軸遠(yuǎn)的一段，人會(huì)翹得太高，存在安全隱患；而離支撐軸近導(dǎo)致上下翹動(dòng)的幅度太小而缺乏趣味性。綜合考慮后，我們決定在第二種方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。

我們計(jì)劃在蹺蹺板的中間放一個(gè)重物，用拉桿連接到兩端，制成一個(gè)手柄，可以左右拉動(dòng)重物，使兩端力度達(dá)到平衡，這樣兩個(gè)體重相差任意重量的人都能玩蹺蹺板。如果配重較大，一個(gè)人也能玩蹺蹺板。

人在玩蹺蹺板的同時(shí)，能不能隨時(shí)觀察體重的變化呢？經(jīng)過(guò)小組討論和老師的指導(dǎo)，我們?cè)谌怂恢门c蹺蹺板轉(zhuǎn)軸之間刻上刻度，重物到蹺蹺板轉(zhuǎn)軸刻上刻度，測(cè)出重物的重量m1g和重物到轉(zhuǎn)軸的距離l1和人到轉(zhuǎn)軸的距離l2，利用杠桿原理m1gl1=m2gl2，可測(cè)出人的體重m2g。

模型做好之后，我們發(fā)現(xiàn)重物很難推動(dòng)，于是在重物下面加上滑輪，這樣就能輕松來(lái)回推拉重物了。

然而如果物體太重，往下滑動(dòng)時(shí)需要較大的力氣才能使物體停止，而玩蹺蹺板的大多是小孩子，力氣不大。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，我們?cè)谥匚锿饷婕由狭吮Ｗo(hù)罩，靠近兩端加上海綿和彈簧起緩沖作用。這樣一個(gè)手拉式平衡蹺蹺板就做成了。

在制作過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)推拉桿所占空間很大，且到達(dá)頂端時(shí)就較難拉動(dòng)和停止。有沒有更好的改進(jìn)方案？

我們從汽車中找到靈感，將推拉桿換成螺桿，利用方向盤旋轉(zhuǎn)螺桿帶動(dòng)重物左右移動(dòng)，騰出空間讓手握方向盤使蹺蹺板更穩(wěn)定、安全。

接下來(lái)，我們還對(duì)這款蹺蹺板進(jìn)行了完善——更換部分材料，加上安全罩，讓使用更安全；改焊接為螺絲，方便拆裝；加上油漆和塑膠，美化外形；加上安全座椅，讓來(lái)回翹動(dòng)更安全、舒適。

四、使用方法

1.體重相差不大的人坐蹺蹺板

將重物放置蹺蹺板中間，保持蹺蹺板平衡；兩個(gè)人分別坐在座位上，把重物向一方用力推拉，蹺蹺板向此方向下垂；將重物拉回至原來(lái)位置，保持蹺蹺板再次平衡；將重物往反方向用力拉，使蹺蹺板往反方向下垂。依次上下蹺起。

2.體重相差很大的人坐蹺蹺板

人坐在座位上后將重物向體重較輕的方向推，保持蹺蹺板平衡；把重物再向體重較輕方向用力推拉，蹺蹺板向此方向下垂；將重物拉回至原來(lái)位置，保持蹺蹺板再次平衡；將重物往反方向用力拉，使蹺蹺板向反方向下垂。依次上下蹺起。

3.一個(gè)人坐蹺蹺板

坐上座位后將重物向空位方向推拉，保持蹺蹺板平衡；把重物再向空位方向用力推，蹺蹺板向此方向下垂；將重物拉回至原來(lái)位置，保持蹺蹺板再次平衡；將重物往反方向用力拉，使蹺蹺板向反方向下垂。依次上下蹺起。

4.測(cè)體重

一個(gè)人坐在座位上后將重物向空位方向推，當(dāng)蹺蹺板平衡時(shí)，可根據(jù)重物指示標(biāo)的刻度，利用杠桿原理測(cè)出人的體重。

5.用作重心演示儀

將重物放在蹺蹺板中間，保持蹺蹺板平衡，把一個(gè)待測(cè)物體放在重物上，再次推拉重物達(dá)到平衡可測(cè)重心位置。

五、創(chuàng)新點(diǎn)

1.適用廣泛

利用方向盤旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)重物來(lái)回移動(dòng)，可以使體重相差很大的人也能一起玩蹺蹺板，而且不受人員的限制，一個(gè)人也可以享受蹺蹺板帶來(lái)的樂趣。

2.趣味性強(qiáng)

方向盤旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)重物調(diào)節(jié)重心式平衡蹺蹺板能讓小朋友在玩蹺蹺板的同時(shí)，體驗(yàn)轉(zhuǎn)方向盤的游戲。

3.安全性高

通過(guò)螺桿和螺母的傳動(dòng)比皮帶或鏈條傳動(dòng)更安全——不打滑，不損傷衣褲、腳、手指等；更穩(wěn)定——只要方向盤不轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)論重物到達(dá)什么位置，蹺蹺板到達(dá)什么傾斜程度，重物都不會(huì)自動(dòng)滑倒。

此外，我們還在重物和螺桿的外面加上了安全罩，防止其他物體落入軌道而卡住，或者小孩子因好奇撬動(dòng)重物而受傷。

4.操作簡(jiǎn)單

方向盤來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)重物也跟著移動(dòng)；方向盤不轉(zhuǎn)動(dòng)，重物馬上停止，方便小孩子操作。與電動(dòng)蹺蹺板相比，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，不會(huì)發(fā)生觸電問(wèn)題，不需要電源，經(jīng)久耐用。

5.玩耍與鍛煉結(jié)合

方向盤旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)重物調(diào)節(jié)重心式平衡蹺蹺板能讓小朋友在玩蹺蹺板的同時(shí)，鍛煉手的靈活性，在蹺蹺板上下翹動(dòng)時(shí)能通過(guò)手握方向盤調(diào)節(jié)身體的平衡。

6.易于改裝、拆裝

還可以在蹺蹺板上加離合器讓小孩輕松轉(zhuǎn)動(dòng)；加支撐點(diǎn)移位器讓左右更容易達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；加刻度尺，根據(jù)力矩平衡隨時(shí)測(cè)量人的體重等。（指導(dǎo)老師：陳貴文 吳濟(jì)廉 劉小平）