自制投石機(jī)

Jessie

在《指環(huán)王》和《霍比特人》系列電影里，當(dāng)半獸人向城堡發(fā)動(dòng)攻擊時(shí)，它們通常會(huì)架設(shè)一種威力十足的裝置——投石車。這種投射類武器可以將巨大的石塊射入城堡中，產(chǎn)生強(qiáng)大的震懾力。本期的科學(xué)DIY，我們將一起制作簡易的投石機(jī)模型，利用廢棄的冰棒棍，再次復(fù)原古代機(jī)械的風(fēng)貌。

【實(shí)驗(yàn)材料】

8根小號(hào)冰棒棍、2根大號(hào)冰棒棍、橡皮筋、礦泉水瓶蓋、剪刀、雙面膠。

【方法指南】

第一步：取8根小號(hào)冰棒棍，對(duì)齊后按照“赤橙黃綠青藍(lán)紫”的順序依次重疊排列。給冰棒棍涂上顏色只是為了讓你能更好地區(qū)分，自己制作時(shí)不需要涂色。

第二步：用橡皮筋將冰棒棍兩端捆綁在一起。這些冰棒棍將作為投石機(jī)的底座。

第三步：用剪刀在大號(hào)冰棒棍的一端刻出兩個(gè)對(duì)應(yīng)的凹槽，以便固定橡皮筋。

第四步：把一根大號(hào)冰棒棍從第一層紅色冰棒棍下方垂直穿過。

第五步：再將另一根大號(hào)冰棒棍從底部的紫色冰棒棍相同位置垂直穿過。

第六步：調(diào)整冰棒棍的位置，用橡皮筋把其較短的一端固定起來，組成一個(gè)三角形。大號(hào)冰棒棍即為投石機(jī)的“投石手臂”。

第七步：用膠帶將瓶蓋固定在“投石手臂”末端。放入一個(gè)紙團(tuán)作為炮彈，下壓“投石手臂”，瞄準(zhǔn)——發(fā)射！ 正中目標(biāo)！

【原理解析】

投石機(jī)的動(dòng)力來源于機(jī)械系統(tǒng)中的彈性勢(shì)能。事實(shí)上，這是一種十分常見的保守力。

當(dāng)我們下壓瓶蓋時(shí)，原本筆直的冰棒棍和其末端的橡皮筋會(huì)因外力作用而發(fā)生形變，并產(chǎn)生一股向上的反抗力量。這種由于物體各部分之間的彈力相互作用而積聚的能量被稱為彈性勢(shì)能。在日常生活中，被壓縮的氣體、被拉彎的弓、被卷緊的發(fā)條、被壓縮的彈簧都具有彈性勢(shì)能。

彈性勢(shì)能可與動(dòng)能直接相互轉(zhuǎn)化。當(dāng)我們抬起手指時(shí)，橡皮筋和冰棒棍恢復(fù)原狀，早先存儲(chǔ)于其中的彈性勢(shì)能被立即釋放出來，轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)“投石手臂”向上抬升，進(jìn)而拋出重物。但需要注意的是，在整個(gè)操作過程中還存在一定的摩擦力損耗。因此，并非所有的彈性勢(shì)能都可以100%轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。