自由下落的钢球和塑料球加速度(软弹簧的自由落体)

自由下落的钢球和塑料球加速度(软弹簧的自由落体)(1)

图片来源:www.questacon.edu.au

机灵鬼(Slinky)是一种软弹簧玩具,由美国海军工程师Richard James在1943年发明。由于经常被涂成彩虹的颜色,又叫彩虹圈(Rainbow spring)。Slinky玩法众多,其中一种玩法是将Slinky一端提起,然后松手令其自然下落,会发现上端下落,而底部将保持不可思议的悬空静止状态。

利用高中物理知识便可解释此现象。当Slinky上端被提起保持静止时,Slinky将受到手向上的拉力和重力而处于平衡。弹簧的每一处微元因拉伸而产生的拉力将等于微元下方弹簧的重力。当松手后,即撤去了手对于弹簧上端的拉力,上端的弹簧微元将开始下落。然而,位于下方的的弹簧还未来得及改变,仍然保持着相同的拉伸状态,所以下方的弹簧仍将受到相同的拉力和重力而平衡,因此下方的弹簧并不会运动。然而,Slinky的重心将会像一个自由落体的质点一样,将遵循自由落体。

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