1、“探索与发现”展厅“运动之律”展区目 录1、运动的世界 12、巨匠对话 23、作用力与反作用力 24、飞鹰 35、物体上滚 46、独轮车走钢丝 57、空中自行车 58、科里奥利力 69、掉？不掉？ 710、转动惯量 811、角动量守恒 812、共振秋千 913、龙形摆 1014、弹簧摆 1115、香蕉球 1116、水中沉浮 1217、伯努力定律 1318、流体阻力 141、运动的世界太阳东升西落，车辆南来北往，河水潺潺，草长莺飞从宇宙中的天体，到我们的日常生活，运动无处不在。我们一直生活在一个运动的世界里，此展项为一个展项组，是运动之律展区的开篇展项。由布朗运动、傅科摆和傅科摆小实验三部分构成
2、，名字叫做“运动的世界” 。（1）傅科摆和傅科摆小实验大家都知道地球在围绕太阳公转的同时，地球本身也在不停地自转。那么您知道如何才能证明地球在不停地自转吗？1851 年，傅科在巴黎向世人展示了他的摆锤实验，这就是著名的傅科摆。通过这件展项，就能证明我们脚下的地球时刻不停地在自传。当年，傅科在大厅的穹顶上悬挂了一条 67 米长的绳索，绳索的下面是一个重达 28 千克的摆锤。摆锤的下方是巨大的沙盘。每当摆锤经过沙盘上方的时候，摆锤上的指针就会在沙盘上面留下运动的轨迹。在实验中，人们看到，摆动过程中摆动平面沿顺时针方向缓缓转动，摆动方向不断变化。分析这种现象，摆在摆动平面方向上并没有受到外力作用，按
3、照惯性定律，摆动的空间方向不会改变，因而可知，这种摆动方向的变化，是由于观察者所在的地球沿着逆时针方向转动的结果，地球上的观察者看到相对运动现象，从而有力地证明了地球是在自转。傅科摆放置的位置不同，摆动情况也不同。在北半球时，摆动平面顺时针转动；在南半球时，摆动平面逆时针转动，而且纬度越高，转动速度越快；在赤道上的摆几乎不转。而我们这里则再现了傅科的这个实验，向您展示宏观世界地球的运动规律。如果您还有兴趣的话可以看看旁边的傅科摆小实验，做进一步的认识。（2）布朗运动1827 年，布朗在用显微镜观察水中悬浮的花粉粒子时，意外发现粒子在无外力作用下，总不停地运动。布朗对这一现象锲而不舍地耐心观察，
4、进一步发现悬浮在液体或气体中的微粒做永不停地无规则运动，这种现象就是“布朗运动” 。 布朗运动间接地证实了分子的无规则热运动，温度越高，布朗运动越剧烈，粒子越少，分子热运动越剧烈。而这件展项则再现了布朗运动，展示微观世界中分子间的运动规律，展项由带悬浮颗粒的液体、加热装置、体视显微镜及展台构成。带悬浮颗粒的液体为一种带有颜料的液体，从中我们可以观察颜料中的微粒。您可通过体视显微镜目镜观察悬浮颗粒在液体中的运动，了解和认识布朗运动。傅科通过傅科摆验证了地球的自转，证明了天体的运动。布朗通过布朗运动的发现、实验研究和理论分析间接地证实了分子的无规则热运动，验证了微观世界同样也是运动的，为日后的科学
5、家进一步解释这一现象提供了有力依据。所以我们只要善于观察生活，就会发现科学就在我们的身边。2、巨匠对话您有过与牛顿、爱因斯坦、海森堡等科学家对话的经历吗?也许您会说：这怎么可能?！展项 巨匠对话 就可以让您体验这样的经历。当您进入操作区域后，您可以按照显示屏的提示，通过按钮，选择感兴趣的讨论话题并与科学巨匠们进行对话。在讨论活动中，科学家们各抒己见，牛顿说明他对经典力学的看法；爱因斯坦阐述他的相对论观念；海森堡解释着他在微观世界中的量子力学。通过观看科学家之间的对话表演，您可以了解三位伟大科学家在探索运动规律中的重要理论、贡献，以及他们在科学探索与发现中的艰辛历程。通过与科学家之间的对话，您可
6、以领悟到生活在不同时期的牛顿、爱因斯坦、海森堡等科学家在探索运动规律中体现的科学精神、科学思想和科学方法，感悟对于运动规律的探索永无止境。那么这种神奇的经历又是如何实现的呢？首先我来为您介绍一下几位巨匠的模型是如何制作的。爱因斯坦人物模型是按真人比例制作，可实现头、手及身体部位的动作，位于书房中间。您还可以看到有一个幻像装置安装于展项右边，采用三维动画及幻影成像技术分别呈现牛顿、海森堡两个科学家的半身动态人物影像，影像按真人比例制作。黑板造型的显示屏则放在爱因斯坦人物模型和幻影成像之间，用来呈现科学家们的理论及相关方程式。3、作用力与反作用力这件展项叫做作用力和反作用力，您看它由展台、炮、钟摆
7、、小球、轨道、炮弹回收装置构成。在操作过程中，您可以亲手将炮弹放入炮筒之中，通过按钮选择炮对炮弹施加的力的大小（大、中、小三种） 。空气炮会在压缩空气的驱动下，将小球按照您所选择的力量，以平射形式射出。您会发现在炮弹发射的同时，炮身后退并撞击位于其后面的小球。由于您选择射击的力量不同，所以炮身后退撞击后面小球的力度也就不同。首先我们解释一下炮身为什么会后退撞击后面小球。这是因为在发射炮弹时，炮身对炮弹施加作用力。炮弹向前运动的同时，反作用力将使炮身向后运动，炮身后退时将撞击位于其后的小球，小球受力沿轨道运动并撞击设置于轨道末端的钟摆，钟摆摆幅大小可显示炮身所受的反作用力大小。那为什么根据您选择
8、射击的距离不同，炮身后退撞击后面小球的力度也就不同呢？这是因为炮身发出的作用力不同，所以它所受到的反作用力也不同，后退时撞击位于炮身后方的小球的力量也不相同。小球撞击位于轨道末端的钟摆的摆动幅度也不相同，所以钟摆摆幅大小可显示炮身所受的反作用力大小。 通过这件展项，我们相当于做了一个小实验，认识了经典的牛顿第三定律，即两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。在日常生活中，这样的例子也是随处可见的：我们走路的时候，脚将地往后蹬（作用力） ，地就把脚往前推（反作用力） ，使我们的身体前进。划船的时候，桨将水往后推（作用力） ，水将桨往前反推，从而使船能前进。同样，
9、往后喷射出去的高速燃烧的气体反推着火箭前进。所以科学就在我们的身边，科学是无处不在的。4、飞鹰这件展项叫做飞鹰。您可以将大小不同的模型鹰放在展台上任意处，之后用手指轻轻点动模型鹰，观察其运动姿态的变化和稳度。您会发现这些鹰可以非常稳固地放在展台上的任意处。那为什么飞鹰可以如此稳固地放置呢？这是因为它利用了稳定平衡规律以及重心与稳度关系等科学概念而设计的。说到这里就不得不提到重力了。由于地球的吸引使物体受到的力叫做重力。重力的方向是竖直向下的，物体各部分所受重力的合力作用点叫做物体的重心，重心与物体的平衡有着密不可分的联系。静止的物体依托在它的支持物上，物体是否稳固，取决于物体重心的位置：如果通
10、过重心的铅垂线重力作用线落在支面以内，稍有振动，物体仍会恢复到原来位置；如果重力作用线落在支面以外，物体就会翻倒下去。展项中的飞鹰利用重心与稳度的科学规律将重心进行了专门设计，因此飞鹰可以稳固地放置。在日常生活中我们也经常利用到这些原理。比如说赛车，为了降低赛车的重心高度，制造出了更加低矮的“低悬挂型”赛车。重心降低后的赛车就不容易翻车了。我们再来看看不倒翁：不倒翁的整个身体都很轻，只是在它的底部有一块较重的铅块或铁块，因此它的重心很低；另一方面，不倒翁的底面积大而圆滑，容易摆动。当不倒翁向一边倾斜时，由于支点（不倒翁和桌面的接触点）发生变动，重心和支点就不在同一条铅垂线上，这时候，不倒翁倾斜
11、的程度越大，重心离开支点的水平距离就越大，重力产生的摆动效果也越大，使它恢复到原位的趋势也就越显著，所以不倒翁是永远推不倒的。 像不倒翁这样：原来静止的物体在受到微小扰动后能自动恢复原位置的平衡状态，在物理学上叫做稳定平衡。5、物体上滚这件展项叫做物体上滚。首先我们先选择一种测试物体放到轨道的低端，之后通过调节旋钮，并同时调节轨道间的俯仰角和轨道间的夹角，大家就会发现其中的锥体在没有动力的情况下，自己向上滚动。俗话说“人往高处走，水往低处流” 。在我们的常规认识中，基本上所有的物体都应该是由于受到重力的作用，从高处去往低处的。但是您看这件展项，它分明就是从低处去往高处的。这是怎么回事呢？难道它
12、违背了自然规律吗？请您仔细观察。首先锥体和轨道的形状特殊：一头高一头低的是轨道，不是斜面；滚动的是双圆锥体，不是圆柱体。另外轨道是八字排列，不是平行排列。高端轨道之间距离大，锥体落在双杆中间重心低；而低端轨道之间距离小，锥体在低端被双杆支起重心比在高端时还要高。所以将双圆锥体放在低端由静止自由释放时,锥体会慢慢向上滚动。虽然我们看到的是锥体在向上滚，但由于锥体和轨道的巧妙结构，实际上锥体的重心还是在向下运动，这是符合自然规律的。通过这件展项我们会发现不论是看待一件事物还是对待科学，我们都不能只看到它的表面，还要探究其实质。6、独轮车走钢丝这件展项叫做独轮车走钢丝。钢丝固定在展台上的两根立柱模型
13、之间，您可以通过操作手柄调整钢丝绳一端的高度，使独轮车可从高到低沿钢丝运动。独轮车的座椅上骑着一个火柴棍机器人，由它为参与者表演骑车走钢丝的“绝活” 。机器人身上固定有安全绳，安全绳套在顶部的钢丝上可随机器人的移动而移动，防止独轮车车身倾斜。独轮车下方连接有配重装置，它们是可伸缩的连接杆和下端吊挂的配重筐，调节连接杆的长度和配重物，可达到改变独轮车配重的目的。而这件展项的有趣之处更在于您既可观看独轮车走钢丝的表演，还可亲自动手参与其中：通过调整杆长或为吊杆下篮筐中配置不同重物的方式，观察机器人能否顺利平稳地走过钢丝，从而帮助机器人稳定实现骑车走钢丝的表演。那您一定很好奇，为什么机器人不会掉落呢
14、？这是因为独轮车支架下端的配重，可使人、车、配重三者组成的整体重心处于支点的下方，因此是稳定平衡。一旦车身歪斜，便会产生一个回复力矩，使车身回到竖直位置。而当配重的重量不当，便会使人、车、配重三者组成的整体重心变化，失去平衡，导致独轮车歪倒无法行驶。物体的重心越低，稳度越好。用降低重心来提高稳度的例子在日常生活中是很多的。比如说各种车辆的车厢都要尽量低些，装货时要注意把重的货物装在下面，轻的物体装在上面，而且货物不能装得过高，都是为了降低重心，提高稳度。各种机器的底座又大又重，不但加大了支面，而且降低了重心。7、空中自行车骑自行车走钢丝，这么惊险刺激的场面相信您也只在杂技表演中见过吧。在我们的
15、展厅里就有这样一件展项，只不过它可不是表演项目，而是由您亲自骑上去试一试。怎么样？您有这样的胆量吗?我们知道由于地球的吸引使物体受到的力叫做重力。重力的方向是竖直向下的，物体各部分所受重力的合力作用点叫做物体的重心。重心是任何物体的平衡点。重心与物体的平衡有着密不可分的联系。本展项通过亲身经历骑车走钢丝的过程，让参与者体会“重心越低稳度越大”的科学规律。空中自行车需要您与您的同伴共同完成，一人骑车，一人当配重。在车身的下方悬挂着一个座位，当您的同伴坐进去的时候，就起到了配重的作用。自行车加上配重后，人、车、配重组成一个系统。这个系统的重心在钢丝绳下方。支点仍然在车轮与钢丝绳交接处，重心低于支点
16、，是“稳定平衡” 。因此，只要骑车人和车形成的合力矩小于配重形成的力矩时，任凭人和车怎样倾斜，都能够回复到平衡状态，不会掉下去。比如说高高的塔式起重机之所以能稳稳地把成吨的器材举上高楼，就是在其下边的压重架里放入很重的钢锭作为配重，把重心降下来了，提高了稳度。我国古代劳动人民很早就使用配重来提高稳度了。明代航海家郑和在帆船的底舱里放了砂石当配重压载物，降低了船的重心，提高了船的稳度，在惊涛骇浪中穿越了太平洋、印度洋，访问了 30 多个国家。这件展项最有趣的地方在于观众可以选择和同伴一起完成骑车走钢丝的体验，一人骑车，一人充当配重，感受合作的快乐。为保证参与者的安全性，用配重椅时，骑车参与者的体
17、重最多不能大于配重参与者体重 20kg。8、科里奥利力这件展项可简单通俗地解释为：在一个旋转的系统中（如地球）作直线运动的物体（如“ 风” 即流动的气体） ，常会受到一种特殊的力的作用，这个力会使物体的运动方向发生改变，如本展项演示的情况。这种科学现象是法国人科里奥利首先发现的，后人就以他的名字命名。由于地球的自转，地球上所有运动中的物体都会受到这样的惯性力。但是这种力我们看不见也摸不到，那要如何来认识它呢？通过这件展项我们就可以直观地认识科氏力。 这件展项由科里奥利力感受小屋和可操作的喷泉装置组成。在小屋中，您可进入慢速旋转的地台亲身参与体验活动。在旋转的地台上，您体验自己沿转台表面绘制的直
18、线行走过程、抛球等活动，真切体验在非惯性系下的运动过程。当您置身于展台内，展台开始低速旋转，由于没有参照物，您对展台运动的感受非常的轻微。因此，当发生非惯性系下的运动现象时，会令您感到惊奇。另外，您还可以直接转动小屋外面喷泉的转动手轮，可以看到有喷泉射出的水柱沿出射方向发生水平偏转，从而认识科里奥利力的原理。科氏力看不见摸不着，但它时时刻刻都在我们身边。科里奥利力的应用领域：1、在地球科学领域由于自转的存在，地球并非一个惯性系，而是一个转动参照系，因而地面上质点的运动会受到科里奥利力的影响。地球科学领域中的地转偏向力就是科里奥利力在沿地球表面方向的一个分力。地转偏向力有助于解释一些地理现象。如
19、：河道的一边往往比另一边冲刷得更厉害。2、信风与季风地球表面不同纬度的地区接受阳光照射的量不同，从而形成了一系列气压带。随着季节的变化，这些气压带会发生南北漂移，于是在一些地方的风向就会发生季节性的变化，即所谓季风。科里奥利力使得季风的方向发生一定偏移，产生东西向的移动。而人类历史上依靠风力推动的航海，很大程度上集中于沿纬度方向，季风的存在为人类的航海创造了极大便利，因而也被称为“贸易风” 。9、掉？不掉？这件展项叫做掉？不掉？展项由两套测试装置构成，通过展项中横杆重心位置的移动使其两端受到的摩擦力大小发生变化，向大家介绍一些摩擦力相关的知识。两个互相接触的物体，当它们发生相对运动或有相对运动
20、趋势时，就会在接触面上产生一种阻碍相对运动的力，这种力就叫做摩擦力。在日常生活中我们会经常遇到摩擦力，也正是因为有了摩擦力，许多运动才能存在。幸亏有了地面和我们的鞋子之间的摩擦力，我们才能行走。塑料瓶盖上有一些竖纹，增大摩擦，才能拧紧瓶盖。车轮上之所以有花纹，也是为了增大与地面的摩擦。但摩擦力也不是在任何情况下都是好的，有许多时候我们需要减少摩擦力带来的负面作用。比如说机械手表戴久了要给它上油，就是为了减小摩擦。车轮做成圆的，也是为了减小摩擦。其中一套测试装置由两个大小相同，位于同一水平位置的转轮构成，它们的转动速度相同，但方向相反。您可以将滑杆放于两个转轮之上，您会发现滑杆会在两个转轮之间来
21、回往复运动而不会掉下。这与它们受到的摩擦力有关：摩擦力的大小与正向压力有关，所以当两个轮都相向转动时，滑杆如果靠近某一端，这一端的压力会增加，摩擦力亦增加，对滑杆反推的力量大于正推，滑杆就会向另一端运动，因此滑杆会在两个转轮之间来回运动。另一套测试装置的基本结构与前一套相同，不同之处在于两个转轮的速度和方向可由观众任意调节。由此您会发现和领悟“摩擦力方向与两物体接触面相对运动的方向相反”的规律。拓展知识：最早对摩擦现象进行定量研究的是法国人阿孟顿。1750 年，法国数学家欧拉用数学形式表示了阿孟顿实验中的主要结果：F=f N，其中 F 表示摩擦力，f 表示摩擦因数，N 表示正压力。这就是摩擦定
22、律的表达式。10、转动惯量大家在乘坐公交车的时候，如果司机突然刹车，我们身体会很自然地向前倾倒。这就是我们非常熟悉的惯性。简单的说，惯性就是物体具有保持原来状态（包括保持运动状态或静止状态）的一种性质。而与惯性类似，转动惯量则是度量刚体绕轴转动惯性的量，又称惯性距、惯性矩。转动惯量只决定于刚体的形状、质量分布和转轴的位置。规则形状的均质刚体，其转动惯量可直接计算得到。不规则刚体或非均质刚体的转动惯量，一般用实验法测定。转动惯量有如下的平行轴定理：刚体对一轴的转动惯量，等于该刚体对同与此轴平行并通过质心之轴的转动惯量加上该刚体的质量同两轴间距离平方的乘积。由于公式的第二项恒大于零，因此刚体绕过质
23、心轴的转动惯量是绕该束平行轴诸转动惯量中的最小者。“转动惯量”展项由质量相同而外形不同的 6 个轮子（圆形、方形、异形各 2 个） 、两组相同长度的轨道组成。观众可先选择两个形状相同或不同的轮子，然后改变轮子的质量分布，再将其同时由轨道上方使其滚下。由于转动惯量大的轮子总是滚得最慢，因此通过趣味参与和观察，从而使大家亲身体会影响物体转动惯量的三个因素：刚体的形状、质量分布和转轴的位置。11、角动量守恒本展项利用回转椅活动装置和“怪箱”装置展示角动量守恒定律，让参与者在互动体验中，思考和探索回转椅的运动规律。角动量守恒定律是指系统所受合外力矩为零时系统的角动量保持不变。角动量守恒定律是自然界普遍
24、存在的基本定律之一，角动量的守恒实质上对应着空间旋转不变性。回转椅：由一个高速旋转转子和保证转子的旋转轴能在空间自由转动的支撑系统组成的仪器，简称陀螺。它是一种基于角动量守恒的理论设计出来用来感测与维持方向的装置，多用于导航、定位等系统。回转椅活动体验装置：该装置主体由一个可水平旋转的座椅、大小不同的两个圆盘及固定支架组成。座椅下设置有脚踏装置。在体验中，参与者先坐到座椅上将转椅固定于便于操作圆盘的位置，选择的其中一个圆盘，手动使其在支架上旋转，随后用双手握住圆盘两端的手柄踩下刹车踏板，当手中旋转的圆盘倾斜时，参与者所坐的椅子，也会产生水平方向的转动，通过体验活动以及比较不同大小及质量的圆盘所
25、产生的不同速度，参与者可以认识和理解角动量守恒的原理。活动过程中，参与者可随时踩下刹车装置使座椅停止转动，结束参与活动。怪箱体验装置：该装置由非透明的箱体、装置于其中的转盘、电磁启动装置、倒计时显示装置组成。怪箱的箱体部分为透明，参与者可清楚地看到装置于箱体内的转盘的运动。电磁启动装置设置于怪箱的放置设施内，用于通过电磁力驱动怪箱内的回转盘转动。展项活动中，当电磁启动装置使怪箱内的转盘达到一定的转动速度后，参与者提起“怪箱” ，被提起的怪箱略有倾斜就会产生奇怪的力量，好像要挣脱参与者的掌握。12、共振秋千古希腊的学者阿基米德曾豪情万丈地宣称：给我一个支点，我能撬动地球。而现代的美国发明家特斯拉
26、更是“牛气” ，他说：用一件共振器，我就能把地球一裂为二！到底什么是共振呢？共振是物理学上的一个专业术语。其定义是两个振动频率相同的物体，当一个发生振动时，引起另一个物体振动的现象。共振在声学中亦称“共鸣 ”，它指的是物体因共振而发声的现象；在电学中，振荡电路的共振现象称为“ 谐振” 。产生共振的重要条件之一，就是要有弹性，而且一件物体受外来的频率作用时，它的频率要与后者的频率相同或基本相近。共振现象是一种宇宙间非常普遍和频繁的自然现象。身边共振的例子比比皆是：炎热的午间，蝉儿发出的“知了、知了” 声；宁静的夜晚，蟋蟀发出的 “叽嘶”声；还有不知疲倦的大肚子蝈蝈的鸣叫声，尽管这些昆虫的声调大不
27、相同，但其中的共同之处都是借助了共振的原理。再如：紫外线是太阳发出的一种射线，过量的紫外线会使生物的机能遭到严重的破坏。不过不用担心，当紫外线经过大气层时，大气层中的臭氧层的振动频率恰恰能与紫外线产生共振，因而就使这种振动吸收了大部分的紫外线。所以，共振能使大气中的臭氧层变得如防晒油一样，保证我们不至于被射线的伤害。“共振秋千” 为参与者创造了亲身体验的机会，通过体验使参与者对振动中的一个重要概念共振，以及振动中重要的物理量频率有所了解。13、龙形摆该展项通过展示不同摆长的摆放在一起，产生优美而神奇的运动轨迹，使参与者在感受美妙的振动的同时，了解双线摆运动周期的规律。展项由九个双线摆构成的一组
28、龙形摆、启动释放装置、控制系统及展台组成。九个双线摆由九个重量、大小相同的钢球及摆线构成，每组双线摆的摆长通过计算确定，每相邻的双线摆 35 秒钟内相差一个振动周期。观众启动展示后，龙形摆在自动控制系统的控制下，所有双线摆同时同振幅释放，可以观察到所有双线摆的振动时而有序、时而杂乱无章，组成时而优美、时而混乱的队形。摆是一种实验仪器，可用来展现种种力学现象。绕一个悬点来回摆动的物体，都称为摆。其周期一般和物体的摆长有关。最基本的摆是悬挂于定点能在重力影响下往复摆动的物体。因为摆一次全振荡的时间间隔（周期）是恒定的，它通常用作校准。意大利的伽利略首先研究了单摆，荷兰的惠更斯研究了复摆，他们为摆的
29、力学理论奠定了基础。单摆由悬在质量可以忽略的细杆下端的摆锤构成。悬挂点到摆中心的长度越大，摆的周期越长。摆的长度确定后，摆锤质量的变化对周期无影响，但是摆在地球上的位置对周期却有影响。复摆是在重力作用下能绕固定转轴摆动的物体。复摆运动规律和性质类似单摆。利用复摆可以测量一些刚体对某轴的转动惯量。此外，还有扭摆、可逆摆、等时摆等。14、弹簧摆展项中悬挂一个弹簧，弹簧末端系一质量为 m 的铁块，铁块水平金属杆的两端固定两个铁球，这就构成了一个弹簧摆。这时只要用力轻轻地向下拉物块，弹簧就会上下振动起来。如果适当选择弹簧的长度，物块质量 m，及弹簧倔强系数 K（表示弹簧伸长单位长度强力的大小） ，我们
30、就可以做成一个极为有趣的弹簧摆：当用力在垂直方向拉弹簧，弹簧开始作竖直方向的来回振动，成为一个弹簧振子。但它的振幅会逐渐减少，并同时开始左右摆动，摆动幅度越来越大，即弹簧振子的振动逐渐过渡到摆的摆动。以后，单摆的摆动又会转化为弹簧振子的上下振动，如此反复地振动、摆动、振动不停地转换，这是什么原因呢？原来，适当选择摆长 l，振子质量 m、倔强系数 K 后，可以使得摆动周期与振子振荡周期相等。这时，振子振动时能量就可以从振动转变为摆动，又能从摆动转变为振动。因此物块既可作为弹簧振子，又可作为摆的摆锤。这里弹簧起到了能量转换缓冲器的作用。一旦一种形式的运动开始，能量即通过弹簧的张力从这种形式的运动转
31、换到另一种形式的运动，直到这种形式运动的能量全部传递完为止。然后又开始通过弹簧反方向传递，相应的运动也即从一种形式过渡到另一种形式。15、香蕉球在足球运动中，我们常常会听到解说员激动的解说：香蕉球！漂亮的香蕉球！一记漂亮的香蕉球入门，多么完美的弧线啊我们不禁要问了，什么才叫“香蕉”球呢？其实之所以叫香蕉球，是因为足球在空中的运动轨迹是一条类似香蕉一样弯曲的弧线。那么又为什么运动员能将足球踢出弧线呢？这是因为在流体力学中，如果绕轴旋转着的圆柱体在作横向运动时，将承受流体给予的与运动方向相垂直的力，这种现象被称为马格努斯效应（由德国物理学家古斯塔夫马格努斯提出） 。如果足球在空中运动时，一边向前飞
32、行，一边绕对称轴旋转，则由于足球的旋转和空气粘性的共同作用，在足球周围的附面内产生环流。前方来流和环流共同作用的结果，在来流和环流同方向的一侧，流速加快，在反方向的另一侧，流速减慢。根据伯努利原理，流速加快的一侧压力下降，流速减慢的一侧压力升高，二侧的压力差对足球产生侧向作用力称为马格努斯力，它的方向与足球的瞬时转轴垂直，且与足球的运动方向垂直。由于马格努斯力的方向与球的旋转方向有关，因此，改变足球的旋转方向可以使足球在水平面内向左或向右偏转。踢“香蕉”球射门时，运动员并不是拔脚踢足球的中心，而是稍稍偏向一侧，同时用球鞋摩擦足球，使球在空气中前进的同时还不断地旋转。这时，一方面空气迎着球向后流
33、动，另一方面，由于空气与球之间的摩擦，球周围的空气又会被带着一起旋转。这样，球一侧空气的流动速度加快，而另一侧空气的流动速度减慢，它们对足球所产生的压强也不一样，足球在空气压力的作用下，被迫向空气流速大的一侧转弯了，足球可绕过防守人墙破门而入。大家可不要小看香蕉球，它可是足球场上一项重要的制胜技术。马格努斯效应在不光在足球运动，而且在乒乓球、网球、棒球等项运动中也得到广泛应用。另外，马格努斯效应还在旋转弹、导弹、船泊等方面有应用。16、水中沉浮下面这件展项叫做“水中沉浮” 。顾名思义，它介绍的是和潜水艇有关的知识。人们发明潜水艇的灵感来自可以在水中任意游动的鱼。潜水艇艇身的中间部分设计为透明，
34、观众可清楚地观看到置于艇身内的“沉浮箱”中水量的变化；鱼模型腹部透明，参与者也可看到模型体内的鱼膘体积的变化。根据沉浮原理，浸在水中的物体，当浮力大于重力时，物体就能浮在水面上；当浮力小于重力时，物体就下沉；当浮力等于重力或相差很小时，物体就可以“悬浮”在水中任何位置。鱼在水中的沉浮，是通过鱼鳔贮存气体的变化，调整自身体积完成的；当鱼要浮起来时，肌肉放松，使鳔变大，鳔内充满了空气，鱼所受到的浮力就大，鱼也就能浮起来；如果收缩肌肉，鳔变小了，浮力减小，鱼就下沉，鳔内一定量的气体还能使鱼体比重与水环境的比重相等，这样鱼就会停留在那里，不上升也不下降。而潜水艇通过两侧水舱的充水或排水来调整船体自身的
35、重量而实现下沉或上浮。打开水舱进水阀，水灌满水舱，潜水艇自身重量增加，重力超过浮力时下沉。关闭水舱进水阀，利用压缩空气把水舱里的水通过排水阀排出，潜水艇自身重量减轻，浮力大于重力时上浮。让部分水舱进水或排放部分水舱里的水，调节潜艇的重量，使重力等于或稍大于浮力，这时，潜艇就能悬在深浅不同的水域中潜游。最初的潜水艇并不是利用浮箱来控制沉浮的，人们将石头或铅块等重物装进潜艇，使潜艇下沉，卸掉石头或铅使潜艇重浮水面，这种潜艇当然不能下潜太深，上浮后再要下潜，则又要从岸上取得石头。现代又用核动力作为推进动力制成核潜艇，水中排水量达到万吨以上，水下续航力达 20 万海里，自持能力达 23 月。从原始的潜
36、艇到现代的核潜艇都是以沉浮原理作为基础。然而，早在人类出现以前，许多水中动物已经具有很好的潜水本领，具有令人赞叹的浮箱系统结构。 17、伯努力定律我们都有这样的经历：在等地铁或者火车的时候，会发现站台上有一道白线，工作人员会不断提醒我们不要越过白线，这是为什么呢？原因就是考虑到列车高速驶进站台时，我们面前的气流流速加大气压减小，而我们身后正常的气压会将我们推向列车，发生危险。气流流速加大时气压减小，这一原理就是流体力学中的著名的伯努力定律。1726 年，科学家丹尼尔伯努力通过无数次实验，发现了“边界层表面效应”：流体速度加快时 ,物体与流体接触的界面上的压力会减小，反之压力会增加。这就是“ 伯
37、努力效应”。伯努力效应适用于包括气体在内的一切流体 ,是流体做稳定流动时的基本现象之一，反映出流体的压强与流速的关系。流速与压强的关系：流体的流速越大，压强越小；流体的流速越小，压强越大。伯努力效应被广泛应用在飞机机翼、喷雾器、汽油发动机的汽化器、球类比赛中的旋转球等等。生活中能证明这一原理的实验也很多，比如我们将两张纸条放在嘴的两侧并向中间吹气，我们会发现纸条没有被吹散，反而却向中间靠拢。这一现象就充分验证了伯努利定律：当我们向纸条中间吹气时，中间气流流速加快，因此中间的气压就较两边低，所以纸条外侧的高气压就将纸条向中间压挤。“伯努力定律”展项由“气流投篮球”和“球吸”两部分构成，主要展示伯
38、努力定律及其应用。展项分别利用调整气流方向和流速进行投篮的活动过程与探索发生球吸条件的实验，使我们在了解“伯努力定律”的过程中受到科学思想和方法的启发，只要您用心观察，就会从中获得意想不到的收获。18、流体阻力汽车、火车、飞机等交通工具在空气中运动，要受到空气的阻力。鱼在水中游动，人在水中游泳，都要受到水的阻力。一个物体在流体（液体或气体）中和流体有相对运动时，物体会受到流体的阻力。阻力的方向和物体相对于流体的速度方向相反, 其阻力大小主要与物体的形状和横截面积有关。其主要表现在三个方面：(1)流体中的物体速度越大，阻力越大。(2)阻力与物体的形状有关。(3) 阻力的大小与物体的横截面积有关，
39、横截面积越大，阻力越大。流体阻力的应用在我们身边随处可见，有些地方是减小阻力，而有些地方是要利用阻力。例如鱼和飞机的形状是流线型，头圆尾尖，就是为了减小阻力，提高速度。飞机是越快越好，而降落伞当然越慢越好。在降落伞未打开之前，跳伞者可看作在做自由落体运动。在这样大的速度下，打开降落伞，自然会受到一个相当大的阻力，从而让降落者缓慢降落。从中我们可以验证阻力的方向和物体相对于流体的速度方向相反, 其阻力大小主要与物体的形状和横截面积有关。这件展项利用水流来模拟所有流体系统。共设有五件被测物体，分为两组进行测试。通过观众的自我参与，观察测试物体的运动速度，直观理解流体阻力现象，并从中观察物体所受的流体阻力，与其外观形状之间的关系。通过对比认识和了解运动物体在流体中所受阻力的规律。
