方向盤旋轉帶動重物調節重心式平衡蹺蹺板

陳奕良　夏陽　曹美娟

蹺蹺板是生活中最常見的玩具之一，它運用杠桿原理，要想讓蹺蹺板平衡，要求坐在蹺蹺板兩端的兩個人體重相差不大。

而生活中經常出現大人帶小孩玩蹺蹺板的情況，由于體重懸殊，小孩會懸在空中，而大人會蹺不起。

由此我們猜想：如何讓兩個體重相差較大的人能一起玩蹺蹺板呢？在科技輔導老師的幫助下，我們開始進行探究。

一、研究目的

演示利用重物向兩端移動使蹺蹺板左右起落，以研究其中的杠桿原理和重心的調節，使蹺蹺板更加實用。

二、準備材料

鋼槽兩塊、鋼條若干、重物與重物指示標一個、螺桿一根、緩沖橡皮若干、焊條若干、螺絲與螺母若干、方向盤兩個、座位與支架兩個、保護罩一個。

三、研究過程

經過研究與討論，我們最終確立了兩種改進蹺蹺板的方案。

1.讓體重重的人坐離支撐軸近一些，讓體重輕的人坐離支撐軸遠一些，根據力矩平衡，通過調節讓蹺蹺板平衡。

2.在體重較輕的人那邊安裝一個重物，相當于一個配重，使兩端重量基本相等。這樣就不會出現體重較輕的人懸在空中，較胖的人坐在翹板上起不來的現象。

方案一中，若讓體重較重的人坐在離支撐軸近的一段，讓體重輕的人坐在離支撐軸遠的一段，那么蹺蹺板的座位就必須能夠移動，然而座位移動時很麻煩且穩定性不夠；如果坐在離支撐軸遠的一段，人會翹得太高，存在安全隱患；而離支撐軸近導致上下翹動的幅度太小而缺乏趣味性。綜合考慮后，我們決定在第二種方案的基礎上進行改進。

我們計劃在蹺蹺板的中間放一個重物，用拉桿連接到兩端，制成一個手柄，可以左右拉動重物，使兩端力度達到平衡，這樣兩個體重相差任意重量的人都能玩蹺蹺板。如果配重較大，一個人也能玩蹺蹺板。

人在玩蹺蹺板的同時，能不能隨時觀察體重的變化呢？經過小組討論和老師的指導，我們在人所坐位置與蹺蹺板轉軸之間刻上刻度，重物到蹺蹺板轉軸刻上刻度，測出重物的重量m1g和重物到轉軸的距離l1和人到轉軸的距離l2，利用杠桿原理m1gl1=m2gl2，可測出人的體重m2g。

模型做好之后，我們發現重物很難推動，于是在重物下面加上滑輪，這樣就能輕松來回推拉重物了。

然而如果物體太重，往下滑動時需要較大的力氣才能使物體停止，而玩蹺蹺板的大多是小孩子，力氣不大。經過反復試驗，我們在重物外面加上了保護罩，靠近兩端加上海綿和彈簧起緩沖作用。這樣一個手拉式平衡蹺蹺板就做成了。

在制作過程中，我們發現推拉桿所占空間很大，且到達頂端時就較難拉動和停止。有沒有更好的改進方案？

我們從汽車中找到靈感，將推拉桿換成螺桿，利用方向盤旋轉螺桿帶動重物左右移動，騰出空間讓手握方向盤使蹺蹺板更穩定、安全。

接下來，我們還對這款蹺蹺板進行了完善——更換部分材料，加上安全罩，讓使用更安全；改焊接為螺絲，方便拆裝；加上油漆和塑膠，美化外形；加上安全座椅，讓來回翹動更安全、舒適。

四、使用方法

1.體重相差不大的人坐蹺蹺板

將重物放置蹺蹺板中間，保持蹺蹺板平衡；兩個人分別坐在座位上，把重物向一方用力推拉，蹺蹺板向此方向下垂；將重物拉回至原來位置，保持蹺蹺板再次平衡；將重物往反方向用力拉，使蹺蹺板往反方向下垂。依次上下蹺起。

2.體重相差很大的人坐蹺蹺板

人坐在座位上后將重物向體重較輕的方向推，保持蹺蹺板平衡；把重物再向體重較輕方向用力推拉，蹺蹺板向此方向下垂；將重物拉回至原來位置，保持蹺蹺板再次平衡；將重物往反方向用力拉，使蹺蹺板向反方向下垂。依次上下蹺起。

3.一個人坐蹺蹺板

坐上座位后將重物向空位方向推拉，保持蹺蹺板平衡；把重物再向空位方向用力推，蹺蹺板向此方向下垂；將重物拉回至原來位置，保持蹺蹺板再次平衡；將重物往反方向用力拉，使蹺蹺板向反方向下垂。依次上下蹺起。

4.測體重

一個人坐在座位上后將重物向空位方向推，當蹺蹺板平衡時，可根據重物指示標的刻度，利用杠桿原理測出人的體重。

5.用作重心演示儀

將重物放在蹺蹺板中間，保持蹺蹺板平衡，把一個待測物體放在重物上，再次推拉重物達到平衡可測重心位置。

五、創新點

1.適用廣泛

利用方向盤旋轉帶動重物來回移動，可以使體重相差很大的人也能一起玩蹺蹺板，而且不受人員的限制，一個人也可以享受蹺蹺板帶來的樂趣。

2.趣味性強

方向盤旋轉帶動重物調節重心式平衡蹺蹺板能讓小朋友在玩蹺蹺板的同時，體驗轉方向盤的游戲。

3.安全性高

通過螺桿和螺母的傳動比皮帶或鏈條傳動更安全——不打滑，不損傷衣褲、腳、手指等；更穩定——只要方向盤不轉動，無論重物到達什么位置，蹺蹺板到達什么傾斜程度，重物都不會自動滑倒。

此外，我們還在重物和螺桿的外面加上了安全罩，防止其他物體落入軌道而卡住，或者小孩子因好奇撬動重物而受傷。

4.操作簡單

方向盤來回轉動時重物也跟著移動；方向盤不轉動，重物馬上停止，方便小孩子操作。與電動蹺蹺板相比，它結構簡單，沒有復雜的電路結構，不會發生觸電問題，不需要電源，經久耐用。

5.玩耍與鍛煉結合

方向盤旋轉帶動重物調節重心式平衡蹺蹺板能讓小朋友在玩蹺蹺板的同時，鍛煉手的靈活性，在蹺蹺板上下翹動時能通過手握方向盤調節身體的平衡。

6.易于改裝、拆裝

還可以在蹺蹺板上加離合器讓小孩輕松轉動；加支撐點移位器讓左右更容易達到動態平衡；加刻度尺，根據力矩平衡隨時測量人的體重等。（指導老師：陳貴文 吳濟廉 劉小平）