物體會從低向高運動?

“錐體上滾”是科技館中常見的學生比較感興趣的展品，它的原理是重心的運動。雖然看到的現象好像是錐體在上滾，但是從側面觀察，錐體重心其實是下移的。造成錯覺的原因是因為兩條支撐桿雖然是向上抬起，但是桿間距離在不斷增大，也就是說，桿支撐錐體的位置在向外移動，錐體的重心在錐體的內部整合中心上，具體位置在錐體的中心軸的中間，因此，從表面上看物體是由低向高運動，但這其實是錐體的形狀以及導軌高低不等，給人造成了一種視覺錯覺，實際上錐體的重心自始至終還是在下降。我們可以動手做個小實驗體會一下。

空飲料瓶（1.5升）2個、中號漏斗2個、不銹鋼光滑蚊帳撐桿（50cm長）2根、泡沫墊3塊、透明膠布（或膠水）、剪刀（圖1）。

（1）把2個空飲料瓶含瓶嘴部分（約占整瓶三分之一）用剪刀剪開，并用膠布粘在一起制成錐體，把2個漏斗用膠布粘在一起制成雙錐體（圖2）。

（2）高度大小合適的泡沫在泡沫的側端自上而下間隔3厘米（孔離桌面分別約13.20厘米、10.20厘米），各挖兩個孔。（圖3）

（3）用2根撐桿及泡沫墊構建合適傾角斜坡。

幾個角度控制好（關鍵3個角度：導軌的坡度角α、雙軌道的夾角γ，雙錐體的錐頂角β，滿足tanβ/2tanγ/2tanα錐體會上滾）。本次實驗雙軌道的夾角γ約41度，斜坡矮側離桌面高5.10cm，高側離桌面高13.20cm 時，把漏斗錐體放至軌道頂角稍遠點的地方，可觀察到漏斗自動沿斜面爬升。

當斜坡矮側離桌面高5.10cm，高側離桌面高10.20cm 時，把飲料瓶雙錐體放至離軌道頂角稍遠點的地方，可觀察到飲料瓶錐體自動沿斜面爬升。（圖4、圖5）

科技館中老展品“錐體上滾”斜面傾角固定、兩軌道間夾角固定，使用者只能動手體驗一下，笨重、不易攜帶，不便于下鄉開展科普活動。我從三點進行改進：一是輕快（重量輕）、簡易（器材生活中易得），便于拆卸、攜帶，通過空心不銹鋼管實現。二是兩軌道間夾角可調，通過兩個螺母實現;斜面傾角可調，通過彎鉤調整軌道長度實現。三是錐體內重心可見，通過在錐體中央放置小紅珠實現。讓使用者加深對“錐體上滾”原理的理解及探究控制錐體上滾的三個角度間的關系獲得新體驗，效果明顯。升級展品可用于科技老師便捷攜帶，演示錐體上滾時原理時使用。（圖6）

重力和重心與人類的生活有著密切的聯系，早在屬于母系社會的西安半坡村遺址中，曾發掘到一種提水壺，這種水壺裝水時就會往一邊傾斜，裝滿水后則會自動立起來，非常方便于打水，這是古人智慧的體現。現如今，重心在運動、生活、建筑中等應用很多。

不倒翁是一種古老的中國兒童玩具，最早記載出現于唐代，形狀像人，而在造型和重量上制成一經觸動就搖擺，然后恢復直立狀態。不倒翁的形體結構為空心殼體，重量很輕，下半身是一個實心的半球體，重量較大。利用的就是：上輕下重的物體比較穩定，即重心越低越穩定原理。生活中裝載運輸時，總是把重的物體放在下面，輕的物體放在上面。物體的重心在支撐面上時物體不會翻，落地式電風扇、話筒架、扎馬步等都是這個原理。爬山走下坡是要放低重心，增加身體的穩定性。汽車在設計制造時，通過增加底盤占整個車體重量的比例，降低汽車的重心，可以使汽車在緊急剎車或者轉彎時保持平衡狀態，不容易側翻，這些都是利用重心造福我們的生活。

不倒翁手機主要原理是在機身底部有電磁鐵，當來電話或鬧鈴響起時，電磁起作用改變了手機的重心，手機就會像不倒翁一樣自動站立起來，提示您接聽電話或者查看鬧鐘，如果將其推倒，各種提示都會停止。這是一款能跳舞、真正好玩的手機，能給操控帶來一些新意。

有1300年歷史的西安小雁塔，歷經幾十次地震而不倒，尤其是1556年的一次地震，將其由56米的完整高度降為43米的現存高度，但是其塔身不傾斜，讓人驚奇，原因何在？小雁塔塔基四周直徑60米左右的地下，由外至塔基中心處的夯土層逐漸加深。中心部位是數層青石，上面用磚砌出塔基，同時地面壘了3米高的臺基，其正上方才是塔身。這使得此塔整體上好似不倒翁一般，雖經千年而無大恙。