尺子和筆

再熟悉不過的文具

相信大家都有過拿它們來玩兒的經歷

但是下面我將教你一種玩兒法

你肯定沒玩過

前排提醒

雖然尺子很好玩兒

但上課一定要認真聽講哦！

實驗器材

帶筆帽的圓珠筆，塑料尺，鋼尺，鋼勺，撲克（大師撲克）

實驗過程

第一步：

將鋼尺與圓珠筆結合起來，具體位置如下圖所示。注意：這個位置很重要。

可以發(fā)現，圓珠筆和鋼尺居然不停的聯動起來，但擺動幅度好像在減少。

第二步：

將鋼尺換成塑料尺，重復第一步的過程。

仔細點可以看到，塑料尺擺動幅度的衰減比鋼尺要慢很多。

第三步：

難道是質量的問題？將尺子換成撲克牌，重復第一步的過程。

但這個模型好像無法擺動起來，看來不僅僅是質量的問題。

第四步：

將尺子換成一個鋼勺，重復第一步的過程。

它也能順利的擺動起來！

原理解說

這種穩(wěn)定的結構是由于尺子和筆形成的整體的重心是比支點低的，這樣就存在一個穩(wěn)定的平衡點。當系統處于這個平衡的時候，系統的重心就在支點的正下方。

當給這樣的一個穩(wěn)定的平衡系統一個擾動，這個系統就會開始在這個平衡位置附近振動。這種結構在物理學上有個專業(yè)的名詞，叫做“復擺”。

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和單擺不同的是，復擺并不是用一個無質量的輕繩將一個質點與固定點O連接起來，而是直接將一個有一定形狀和質量的剛體（不會發(fā)生形變的物體）固定在某個固定點上。

但是，并不是隨便一個長方形的物體末端固定一根筆都可以形成這種穩(wěn)定的結構，一方面如果筆的重量太輕或太短，都會導致二者形成的整體的重心不在支點的下方，這樣就無法形成穩(wěn)定的平衡；另一方面，如果尺子太短或太輕也是無法達到平衡的，就像最后用大師撲克的小實驗一樣。這時候，我們需要換一個觀察角度。

從側面來看，這是一個杠桿，支點在桌子的邊緣，尺子的重心在支點的左側，而筆的重心在支點的右側。根據杠桿原理，當尺子的重力乘其對應的力臂大于筆的重心乘其對應的力臂的時候，這個系統才能夠穩(wěn)定在桌面上。因此，如果尺子太短，則會導致尺子重力的力臂不足；如果尺子太輕，則會導致尺子的重力不足。

因此如果想要這個實驗成功，必須得選擇長度和重量合適的尺子。雖然是這樣簡單的結構，但是其中還是蘊含了非常深刻的物理原理的。

編輯：樂子超人