尺子和笔

再熟悉不过的文具

相信大家都有过拿它们来玩儿的经历

但是下面我将教你一种玩儿法

你肯定没玩过

前排提醒

虽然尺子很好玩儿

但上课一定要认真听讲哦！

实验器材

带笔帽的圆珠笔，塑料尺，钢尺，钢勺，扑克（大师扑克）

实验过程

第一步：

将钢尺与圆珠笔结合起来，具体位置如下图所示。注意：这个位置很重要。

可以发现，圆珠笔和钢尺居然不停的联动起来，但摆动幅度好像在减少。

第二步：

将钢尺换成塑料尺，重复第一步的过程。

仔细点可以看到，塑料尺摆动幅度的衰减比钢尺要慢很多。

第三步：

难道是质量的问题？将尺子换成扑克牌，重复第一步的过程。

但这个模型好像无法摆动起来，看来不仅仅是质量的问题。

第四步：

将尺子换成一个钢勺，重复第一步的过程。

它也能顺利的摆动起来！

原理解说

这种稳定的结构是由于尺子和笔形成的整体的重心是比支点低的，这样就存在一个稳定的平衡点。当系统处于这个平衡的时候，系统的重心就在支点的正下方。

当给这样的一个稳定的平衡系统一个扰动，这个系统就会开始在这个平衡位置附近振动。这种结构在物理学上有个专业的名词，叫做“复摆”。

 

和单摆不同的是，复摆并不是用一个无质量的轻绳将一个质点与固定点O连接起来，而是直接将一个有一定形状和质量的刚体（不会发生形变的物体）固定在某个固定点上。

但是，并不是随便一个长方形的物体末端固定一根笔都可以形成这种稳定的结构，一方面如果笔的重量太轻或太短，都会导致二者形成的整体的重心不在支点的下方，这样就无法形成稳定的平衡；另一方面，如果尺子太短或太轻也是无法达到平衡的，就像最后用大师扑克的小实验一样。这时候，我们需要换一个观察角度。

从侧面来看，这是一个杠杆，支点在桌子的边缘，尺子的重心在支点的左侧，而笔的重心在支点的右侧。根据杠杆原理，当尺子的重力乘其对应的力臂大于笔的重心乘其对应的力臂的时候，这个系统才能够稳定在桌面上。因此，如果尺子太短，则会导致尺子重力的力臂不足；如果尺子太轻，则会导致尺子的重力不足。

因此如果想要这个实验成功，必须得选择长度和重量合适的尺子。虽然是这样简单的结构，但是其中还是蕴含了非常深刻的物理原理的。

编辑：乐子超人