本文研究了第32屆國際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽(IYPT)的第17題:雪糕棒多米諾連鎖反應(yīng)——使木質(zhì)雪糕棒輕微彎曲連接在一起形成互鎖的網(wǎng)格狀的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。當(dāng)把這種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的一端釋放后,鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)受的反作用力將抬起該鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu),雪糕棒會(huì)被連續(xù)彈出,形成一個(gè)波陣面,即"眼鏡蛇波"。本文通過改變雪糕棒的幾何參數(shù)、性質(zhì)和擺放角度,對形成"眼鏡蛇波"的波陣面高度和波速進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),要想使"眼鏡蛇波"波陣面彈起更高、傳播更快,需要增大雪糕棒的厚度、楊氏模量,減小雪糕棒的長度和密度,并以盡可能大的角度擺放。

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖1 雪糕棒“眼鏡蛇式編織”的介穩(wěn)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的示意圖

圖1為搭建產(chǎn)生雪糕棒“眼鏡蛇式編織”的介穩(wěn)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的示意圖。首先,將兩根雪糕棒“A”和“B”交叉疊放,如圖1(a)所示。然后,把第三根雪糕棒“C”一端壓在“A”下,同時(shí)搭在“B”上,如圖1(b)所示。再次,把第四根雪糕棒“D”一端壓在“A”的另一端下,同時(shí)搭在“C”上,如圖1(....

圖2 高速相機(jī)拍攝到的從不同端釋放黑棒后雪糕棒的運(yùn)動(dòng)瞬間。其中,圖(a) 從右端釋放,無“眼鏡蛇波”; 圖(b) 從左端釋放,可以形成“眼鏡蛇波”

在某一根雪糕棒彈出的過程中,不與其相互接觸的雪糕棒因?yàn)槭芰ζ胶?仍與和自身接觸的雪糕棒保持編織結(jié)構(gòu)不變,為一鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。即將彈出的雪糕棒受力無法保持平衡,受向某一方向的合力,相應(yīng)的,鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)受一方向相反的反作用力。由圖1(g)可以看到,“眼鏡蛇編織”結(jié)構(gòu)的兩端黑色與紅色雪糕棒的位置....

圖3 雪糕棒彈出過程中的能量轉(zhuǎn)化

處于平衡態(tài)的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)在左端釋放后,能夠以一定波形穩(wěn)定向右傳播,主要源于其內(nèi)部由編織造成的形變而儲(chǔ)存的彈性勢能轉(zhuǎn)化為雪糕棒的重力勢能和動(dòng)能。由圖2(b)可以看到,當(dāng)雪糕棒連續(xù)彈出時(shí),其在脫離鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)前,會(huì)先到達(dá)“眼鏡蛇波”最高點(diǎn),再脫離鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu),然后在下落過程中兼有轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)運(yùn)動(dòng)。....

圖4 形變雪糕棒側(cè)視示意圖

圖3雪糕棒彈出過程中的能量轉(zhuǎn)化2.1雪糕棒彈出前儲(chǔ)能

本文編號(hào)：4028129