“水流星”與“離心機(jī)”

張軍

當(dāng)你在雨中轉(zhuǎn)動雨傘時，會發(fā)現(xiàn)，傘上的水珠會被甩出去；洗衣機(jī)脫水時，轉(zhuǎn)筒高速旋轉(zhuǎn)能把衣服甩干——我們把這些現(xiàn)象稱為離心現(xiàn)象。今天，我們利用這個原理，用吸管來制作“離心機(jī)”。

我們可以準(zhǔn)備一個一次性塑料杯，在杯口處鉆出三個間距相同的小孔，用三根較短的細(xì)繩分別穿過這三個小孔并系牢；三根繩子的另一端系在一起，并且再連接一根較長的繩子。如圖1所示，在杯子中加入適量染過色的水，然后抓緊繩子末端讓杯子以手為中心快速旋轉(zhuǎn)。大家猜一猜，杯中的水是否會灑出來呢？

結(jié)果可能出乎你的預(yù)料，杯子里的水一滴都不會灑出來哦（如圖2）。當(dāng)然，我們還可以讓杯子在任一平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，其結(jié)果都是一樣的。

我們也可以在水中加入不同顏色的顏料，這樣就可以做出多種顏色的“水流星”。但值得注意的是，繩子要盡量結(jié)實(shí)，旋轉(zhuǎn)速度不要太快。如果繩子斷開或者從手中滑走，那么，“水流星”可就變成“流星錘”了！

其實(shí)，當(dāng)我們用手拉著繩子讓杯子旋轉(zhuǎn)時，會感覺杯子想要向外“掙脫”，旋轉(zhuǎn)速度越大，這種掙脫的力就越大。這個使物體向外掙脫的力我們通常稱為離心力。離心力是一種虛擬力，并沒有施力物體，我們感到物體向外掙脫是因?yàn)槲矬w具有慣性。

實(shí)際上，曲線可以看作圓周的一部分，物體在做曲線運(yùn)動時，當(dāng)外界提供的向心力（向心力是實(shí)際存在的，同學(xué)們高中時會學(xué)到相關(guān)知識，大家感興趣可以搜索資料了解一下）小于離心力，或者向心力消失，就會發(fā)生離心現(xiàn)象。當(dāng)我們騎自行車轉(zhuǎn)彎時，速度過快會側(cè)翻；洗衣機(jī)脫水時，轉(zhuǎn)筒高速旋轉(zhuǎn)把水甩出去等就是如此。洗衣機(jī)的轉(zhuǎn)筒我們可以看作是一個“離心機(jī)”，實(shí)驗(yàn)室制備生物大分子、核工業(yè)進(jìn)行鈾原子壓縮等都離不開離心技術(shù)。

我們只需要用吸管就可以制作出一個簡單的“離心機(jī)”。首先，準(zhǔn)備兩根吸管，用剪刀在其中一根吸管上剪出兩截長度相同的短吸管。然后，用兩根牙簽將一截長吸管與兩截短吸管穿起來固定，離心機(jī)就做好了。注意，兩截短吸管上端間距大，下端間距小，呈V字形。將吸管的下端插入水中，雙手快速搓動中間豎直放置的長吸管，水就會從兩支短吸管的上端口甩出來（如圖3）。如果是兩支短吸管的上端間距小，下端間距大，水就甩不出來，你知道為什么嗎？