彈簧擺

本展項通過豎直方向的振動與水平方向的扭動的運動形式和能量的轉換，介紹彈簧擺產生此現象的基本原理。

基本介紹

• 中文名：彈簧擺
• 展示內容：懸掛一個彈簧末端系一物塊
• 原理：彈簧起到了能量轉換緩衝器的作用
• 目的：運動轉換

簡介

主題展廳：探索與發現 展項名稱：彈簧擺

1、展示內容、原理、目的

懸掛一個彈簧，彈簧末端系一質量為m的物塊，這就構成了一個彈簧擺，這時只要用力輕輕地向下拉物塊，彈簧就會上下振動起來。如果適當選擇彈簧的長度，物塊質量m，及彈簧倔強係數K（表示彈簧伸長單位長度強力的大小），我們就可以做成一個極為有趣的彈簧擺：當用力在垂直方向拉彈簧，彈簧開始作豎直方向的來回振動，成為一個彈簧振子。但它的振幅會逐漸減少，並同時開始左右擺動，擺動幅度越來越大，即彈簧振子的振動逐漸過渡到擺的擺動。之後，單擺的擺動又會轉化為彈簧振子的上下振動，如此反覆地振動、擺動、振動……不停地轉換，這是什麼原因呢？

原來，適當選擇擺長l，振子質量m、倔強係數K後，可以使得擺動周期與振子振盪周期相等，這時，振子振動時能量就可以從振動轉變為擺動，又能從擺動轉變為振動。因而物塊m既可作為彈簧振子，又可作為擺的擺錘。這裡彈簧起到了能量轉換緩衝器的作用。一旦一種形式的運動開始，能量即通過彈簧的張力從這種形式的運動轉換到另一種形式的運動，直到這種形式運動的能量全部傳遞完為止，然後又開始通過彈簧反方向傳遞，相應物質的運動也即從一種形式過渡到另一種形式。

2、彩色三維效果圖

3、展示和操作方式

本展項和“共振鞦韆”、“龍形擺”組成運動之律展區中的振動分主題。展項從振動中最基礎的概念——頻率出發，介紹共振，以及共振中的能量轉換。使參與者對振動的認識有一個清晰的脈絡。“龍形擺”通過一組擺長不同的小球介紹振動中最基礎的頻率的概念，以及對於最常見機械振動——單擺來講，影響振動頻率的因素是什麼？“共振鞦韆”通過一個原理實驗類展品和一個觀眾體驗類展品，使觀眾從多角度了解共振這個科學內容。“彈簧擺”以看似神奇的現象介紹共振中產生的能量間的轉換。本分主題使觀眾在參與、操作和體驗過程中對振動的最重要概念——頻率和共振，由淺入深，有清晰的認識和了解。

本展品由一套彈簧擺、電磁鐵啟動裝置及升降機構和展台組成。彈簧擺下端連線一個鐵塊，鐵塊通過水平的金屬桿兩端固定兩個鐵球。彈簧的振動頻率與鐵塊由兩端鐵球產生的扭動頻率接近相同。

參與者按下展台上的“啟動”按鈕，使升降機構將電磁鐵升高，電磁鐵通電後將鐵塊吸附，升降機構下降將鐵塊豎直下拉到一固定位置隨後釋放，鐵塊隨後便產生豎直方向的振動，但很快豎直方向的運動停止，開始水平方向上的扭動，過一會兒它又開始豎直方向振動。這個系統的能量在兩種振動方式之間不停的轉換。

操作按鈕旁有狀態指示燈（綠色），當一個觀眾操作後，一個周期內（1分鐘），物體自己運動，這時候指示燈息，觀眾操作按鈕無效，當這個周期結束後，綠燈亮，觀眾操作按鈕有效重新啟動彈簧擺。

操作步驟

1>當綠色指示燈亮時，按下啟動按鈕

2>觀看彈簧擺擺動情況