永动机

历史上有不少人希望设计一种机器,这种机器不消耗任何能量,却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为“第一类永动机”。任何一部机器,只能使能量从一种形式转化为另一种形式,而不能无中生有的制造能量,它违反了能量守恒定律,因此第一类永动机是不可能造出来的。
      能不能制造从自然界中的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转变为机械能的机器,也就是制造完全将不同种形式互相转化而无损失的热机呢?人们把这种想象中的热机称为“第二类永动机”。它虽然不违反能量守恒定律,它违反了热力学第二定律,它也不可能实现。

魔盘

本展品圆盘底下有一部电动机,它依着圆盘的竖轴缓缓地把圆盘旋转起来。起初转得比较慢,后来越转越快。惯性的作用,圆盘上的人便开始向它的边上滑去。这个滑动,起初还不大容易觉察,但是当这些“乘客”离开圆心越来越远,滑到了越来越大的圆周上,这个惯性的作用也就会越来越显著。

引力

万有引力是始终指向地心的,而向心力和重力只是它的两个分力。在地球表面,静止的物体(随地球自转)由于向心力很小,所以重力只有一点偏离地心,但不会指向它(除了赤道和两级)
      向心力是始终和地轴垂直的,所以在两极的时候,向心力为0,重力指向地心,重力=万有引力。当物体相对地球表面运动时,向心力增加,至不可忽略,重力减小至零,这时万有引力=向心力,而重力=0;在地球上空的宇宙飞船的情况就是这样。注意此时万有引力变小(因为物体与地球的距离变大,),不等于物体在地球表面的万有引力。

地月演示器

本展品主要展示了地月旋转的过程。通过安装在球体上下的电磁装置产生的磁力,使展品中的地球悬浮在空中,月球围绕其旋转。

锥体上滚

该展品由放在水平桌面上的两条倾斜轨道和一个双锥体组成。两条轨道低端靠近,高端分开,形成一个夹角。当我们把锥体放在轨道低端,放手后,就会看到它自动向高端滚去。这是为什么呢?仔细分析一下上滚过程中锥体重心的变化,就会真相大白了。
      在重力场中,物体在地球引力作用下,其重心有降低趋势,在展品中,双锥体虽然从轨道的低处向高处自然滚动,但在滚动过程中,其重心位置却是自高向低的变化,当锥体上滚时,重心在不断下降。

骑车走钢丝

当物体受到的重力和支持力相等的时候,才能保持平衡;否则平衡就会遭到破坏。如果我们设计得当,使用得当,骑自行车走钢丝是属于稳定平衡。自行车下面的平衡杆要长,挂在平衡杆上的配重要足够重。这样当自行车骑上人之后,人、自行车、配重构成的体系的重心才会在钢丝的下面,骑车人和自行车发生晃动时,重心会升高,在重力作用下自行车仍能回到原来的平衡位置。
      处于平衡态的物体还存在一个稳定程度的问题。稳定程度的大小通常用稳度来表示。稳度的大小跟物体的重心的高低和支面的大小都有关系。物体的重心越低,稳度越大。物体的支面越大,稳度越大。
      如果设计不当,或骑车人太重(150千克以上)体系的重心就会升高,稳度就会下降。当重心上升到钢丝之上,只要稍有晃动骑车人就会掉下来。

笼中鸟

人眼在观察景物时,光信号传入大脑,需经过一段短暂的时间,光的作用结束后,视觉形象并不立即消失,这一现象则被称为“视觉暂留”。原因是由视神经的反应速度造成的。物体在快速运动时, 当人眼所看到的影像消失后,人眼仍能继续保留其影像0.1-0.4秒左右的图像,当画面变化速率为二十四分之一秒时,一些渐进的画面看起来就像连续的动作。这是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据。
      视觉暂留现象首先被中国人发现,走马灯便是据历史记载中最早的视觉暂留运用。法国人保罗•罗盖在1828年发明了留影盘,它是一个被绳子在两面穿过的圆盘。盘的一个面画了一只鸟,另一面画了一个空笼子。当圆盘旋转时,鸟在笼子里出现了。

手眼协调

该展品可以让你亲自挑战自己的手眼协调能力。我们用金属制成了一个轨道,上面嵌套了一个金属环。如果让金属环不碰触轨道而达到另一头是非常困难的一件事情。
      当我们在操作展品时,眼睛在监视金属环的运动状态,这一视觉信息被传入到大脑中,大脑随时将金属环的运动位置和方向与金属棒的行进方向进行比较,然后向肌肉组织发出指令,指挥下一步的动作。由于神经系统的传输速度不是很快,大脑对眼睛发送回来的信息也需要一定的处理时间,所以金属环的行进时间越快,我们失误的次数也就会越多。

立体与错觉

双眼视觉是人类在发展进化过程中逐渐形成的一种视觉功能。
      双眼视觉是指双眼协调、准确、均衡地同时工作,使某一物体反射的光线成像在视网膜,形成两个有轻微差异的物象,通过视觉通路传送至大脑,在大脑进行分析、整合、加工,形成一个有三维空间深度感完整印象的过程。这也是立体视觉。正是因为形成了双眼视觉,人类才能更准确地获得外界物体形状、方位、距离等概念。
      展品中的两把椅子,一把是真实的,我们无论从什么角度看它都是立体的。另一把是画在墙上的,它是模仿人在某一特定角度看到椅子的立体图像。

倾斜小屋

倾斜小屋是一件参与性很强的展品。进入屋子后,我们身体各部分都会有些反应,并且把收集来的信息传入大脑,大脑将综合这些信息做出判断,对骨骼、肌肉和有关器官发出指令。但经验产生的视觉信息是人体站在水平地板上。而人体前庭觉的反应是人体站在倾斜面上。这两种相互矛盾的信息汇集到大脑中,使大脑不能发出正确的指令,因而令人感到头晕目眩,行走困难。

法拉第笼

“法拉第笼”是一种用于演示等电位、静电屏蔽等原理的设备。它是由笼体、高压电源、电压显示器和控制部分组成。其笼体与大地连通,高压电源将电流输送到放电杆。笼体是一个等位体,内部电位为零,电场为零,电荷分布在接近放电杆的外表面上。“法拉第笼”还可以有效地隔绝笼体内外的电场和电磁波干扰,这叫做“静电屏蔽”。

磁力线

假设把小磁针放在磁场中,小磁针受磁场的作用,静止时它的两极指向确定的方向。在磁场中的不同点,小磁针静止时指的方向不一定相同。这个事实说明,磁场是有方向性的,我们约定,在磁场中的任意一点,小磁针N极的受力方向,为那一点的磁场方向。
      磁力线形象地描述各点的磁场方向,这些曲线上每一点的切线方向都和这点的磁场方向一致。
      磁力线是为了形象地研究磁场而人为假想的曲线,并不是客观存在于磁场中的真实曲线。

磁液爬坡

本展品的玻璃管中装有磁液,下方为7个斜置的电磁线圈液,也就是磁铁。当按"自动"按钮时,由低到高依次先通电后断电,也就是使线圈依次先产生磁场再失去磁场。由于磁液具有强磁性和流动性,重力管内的磁液在外磁场的作用下就会由低到高向上运动,爬到坡顶,到坡顶后按预设程序自动返回底部。

混沌水车

混沌是指发生在确定性系统中的貌似随机的不规则运动,一个确定性理论描述的系统,其行为却表现为不确定性--不可重复、不可预测,这就是混沌现象。混沌学开创人之一洛伦兹发表的题为《蝴蝶效应》的论文,提出一个貌似荒谬的论断:在巴西一只蝴蝶翅膀的拍打能在美国得克萨斯州产生一个龙卷风,并由此提出了天气的不可准确预报性。在现实生活和实际工程技术问题中,混沌是无处不在的。混沌的发现和混沌学的建立,同相对论和量子论一样,是对牛顿确定性经典理论的重大突破,为人类观察物质世界打开了一个新的窗口。所以,许多科学家认为,20世纪物理学永放光芒的三件事是:相对论、量子论和混沌学的创立。

莫比乌斯带

想象一下,一长条卫生纸,把它首尾相连,不要粘起来,就会发现原来的一面与其反面相连。莫比乌斯带是一种单侧、不可定向的曲面。因麦比乌斯发现而得名。将一个长方形纸条ABCD的一端AB固定,另一端DC扭转半周后,把AB和CD粘合在一起 ,得到的曲面就是莫比乌斯带,也称莫比乌斯圈。

最速降线

并排摆着两条轨道,一条是直线,一条是曲线,起点高度以及终点高度都相同。两个质量、大小一样的小球同时从起点向下滑落,曲线的小球反而先到终点。这是由于曲线轨道上的小球先达到最高速度,所以先到达。然而,两点之间的直线只有一条,曲线却有无数条,那么,哪一条才是最快的呢?这是数学物理中一个古老而著名的问题——最速降线问题。这个问题是求从给定点到不是在它垂直下方的另一点的一条曲线,使得一质点沿这曲线从给定点下滚所用时间最短。1696年,瑞士数学家约翰•伯努利解决了这个问题,这条最速降线就是一条摆线,也叫旋轮线。如果你用硬纸板剪一个圆,在圆的边缘固定一枝铅笔,当这圆沿一条直线滚动时,铅笔便会画出一条摆线来。

龙卷风

龙卷风是在极不稳定天气下由空气强烈对流运动而产生的一种伴随着高速旋转的漏斗状云柱的强风涡旋。它是云层中雷暴的产物。是雷暴巨大能量中的一小部分在很小的区域内集中释放的一种形式。龙卷风常发生于夏季的雷雨天气时,尤以下午至傍晚最为多见。龙卷风的直径一般在十几米到数百米之间,袭击范围小。龙卷风的生存时间一般只有几分钟,最长也不超过数小时。其中心附近风速可达100m/s~200m/s,最大300m/s。龙卷风的破坏性极强,其经过的地方,常会发生拔起大树、掀翻车辆、摧毁建筑物等现象,甚至把人吸走。

船闸工作原理

当河流上筑有拦河坝等妨碍船通过的建筑时,为了保证船通过,就要修建船闸,船闸至少有两道(落差大的有多道的),船是怎样通过船闸的呢?比如,有一艘船从下游过来,先打下下游那边的闸,让闸里面的水流出一些,使水位跟下游的一样,这时,船开进船闸,关上下游的闸,慢慢打开上游的闸,把水放进闸里,使船闸的水位跟上游一样,再打开上游的闸,让船开出去。上游来的船反过来操作就行了。

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