发布网友 发布时间:2022-04-24 20:45
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热心网友 时间:2023-11-01 14:12
科学让鸡蛋坚如磐石
——关于“高空坠蛋”的研究报告
古代人常用“鸡蛋碰石头”来比喻自不量力。可见,鸡蛋是极易碎的,轻轻一磕就碎了。如果说鸡蛋能从十几米高的地方落下而安然无恙,那简直就是天方夜谭。但是科学有时能将不可思议的事情变为现实。今天,就让我们共同走进这个神话吧。
首先,让我们明确一下从十几米的高空落下是一个什么概念。不难算出,若不计空气阻力,物体落地时的速度将达到十多米每秒。为了让大家更好地明白这么快的速度将产生什么样的作用效果,我打一个比方。这就好比一辆时速达40km/h的汽车突然撞到了墙上,后果可想而知。如果不采取任何措施,不要说是鸡蛋,就是一块石头,恐怕也要粉身碎骨。
这样一件看似不可能的事情,是否就不可办到呢?不是的,科学的魅力正在于此。只要我们依据正确的科学道理,提出可行的解决方案,再经过一次次实践的检验,不断改进,是完全可以办到的。
今天,第四届科技节的“高空坠蛋”比赛给我们提供了自由发挥的机会。让我们放飞想象的翅膀,来创造这个奇迹!
比赛规则:
将一个采取了一定保护措施的鸡蛋从五楼阳台上扔下,使其自由下落。在鸡蛋不破的前提下,整个装置重量(不包括鸡蛋)越小,落地点距指规定的地点越近,其比赛成绩就越靠前。
一、科学道理:
(一)、理论依据:
1、动量定理表达式:Ft =△p
其中△p指的是动量的变化,F指的是冲力的大小,t指的是力的作用时间。
由于鸡蛋在下落的过程中,动量的变化△p一定,鸡蛋所受的力F与力的作用时间t成反比,即t越大,F就越小,作用在鸡蛋上的力就越小。这样,鸡蛋就不容易碎了。
2、由空中垂直下落的物体所受空气阻力f与空气的密度ρ、物体的有效横截面积S、下落的速率v的平方成正比,阻力的大小可表示为f=CρSv2,其中C为阻力系数,一般在0.2~0.5之间,ρ=1.2kg/m3,物体下落经过一段时间将达匀速,这称为终极速率。
我们可以发现如下的一些日常现象:
雨滴在空气中下落,速度越来越快,所受空气阻力也越来越大。 当阻力增加到与雨滴所受重力相等时,二力平衡,雨滴开始匀速下落。
跳伞运动员在空中张开降落伞,凭借着降落伞较大的横截面积取得较大的空气阻力,得以比较缓慢地降落。这些都是这个公式在生活中的应用。
明白了这以后,就不会认为装置的加速度是9.8m/s2了。
3、一切物体都具有惯性。在“高空坠蛋”整个装置落地的一瞬间,装置静止,然而鸡蛋由于惯性,还会继续运动,造成与装置挤压、碰撞,容易损坏。如何将鸡蛋由于具有惯性而造成的影响降到最低,还需要我们进一步分析解决。
(二)、规则分析:
有了理论指导,就可以分析比赛规则了。目的是在不违反比赛规则的情况下,充分考虑各方面的影响和应当解决的问题,以制定切实可行的方案。
由于比赛规则有一个大前提就是鸡蛋不破,鸡蛋一旦破了,便会被淘汰,一切努力也就白费了。因此,最重要的就是要保证鸡蛋不破,然后再考虑如何使装置重量尽可能小,使装置稳定性尽可能高。保证鸡蛋不破就要加强保护措施;重量尽可能小就要选用密度小的材料,能省就省;稳定性尽可能高,一是要投得准,二是装置受大气影响尽可能小。
二、方案设计:
在前面理论依据的支持下,又认真分析了比赛规则,找到了问题的关键所在,现在可以制定可行性方案了。
结合在同学们中的调查和全国各地举行过类似比赛的方案来看,比较常见的、有一定可行性的方案有以下几种:
1、降落伞型:
降落伞型,顾名思义,就是利用降落伞,增大空气阻力,以使鸡蛋连同整个装置平稳落地。
这种方案最容易想到,因为跳伞、宇宙飞船减速,都运用了这个方法,效果很好。安全性极高,使整个装置达到较小的速度即可匀速下落。装置的重量也不会很重。唯一的缺点就是:受大气扰动影响太厉害,会使实验装置飘忽不定,准确性较差,往往不能落到指定位置,从而影响了比赛成绩。
2、外包装型:
外包装型,就是用较多的减震材料将鸡蛋严严实实地包裹起来。比如泡沫、棉花、各种填充材料等。通过这些材料的缓冲作用,达到保护鸡蛋的目的。
这种方案也较容易想到。平常生活中用各种填充材料保护贵重用品的方法相信大家都见到过。这的确是一个有效的方法。这种方案由于受空气阻力影响很小,所以准确性较高。由于所使用的材料都是密度极小的,所以可将整个装置的重量降到最低。但美中不足的是:整个装置是自由下落状态,到达地面时的速度较大,因而对装置的坚固度和缓冲效果要求较高,安全性稍差一点。
3、不倒翁型:
不倒翁型,就是使整个装置像不倒翁一样,把重心尽可能降低,使得装置下落时能保持稳定状态,确保始终让一个面着地。那么保护工作只需要在这一个面做好就行了,从而节省了材料。
这种方案充分考虑到了上一种方案可能出现在空中翻滚现象,经过改进形成的。其可靠性远远高于第一种方案,材料更节省,准确性更高。美中不足的就是为了确保装置的重心降低,势必要在底部放上一个
热心网友 时间:2023-11-01 14:12
1.用海绵把鸡蛋外面包上几圈,再找个盒子装上
2.做个小降落伞,加再盒子上。
3.再在盒子外面用海绵包上
然后扔下去.. 试下看