文/西達(dá)

你有沒有聽到春天“咚咚”的腳步聲？嗯，我的意思是，你生活的地方有沒有春回大地，萬物復(fù)蘇呢？天氣回暖，正是在戶外探索的好時(shí)候。今天，我們就把實(shí)驗(yàn)室“搬到”戶外，這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要你把小伙伴邀請(qǐng)來一起完成！

做一做

說是實(shí)驗(yàn)，其實(shí)這次動(dòng)手活動(dòng)更像是一個(gè)游戲——“誰在滾動(dòng)比賽中的速度更快？” 看，主題聽起來多么有趣！并且，在實(shí)驗(yàn)開始之前，你還可以跟小伙伴們打個(gè)賭，猜猜誰的速度會(huì)是最快的，再用實(shí)驗(yàn)結(jié)果來驗(yàn)證一下。說了這么多，肯定有人等不及了，就讓我們快開始吧！

實(shí)驗(yàn)用品：

1. 一個(gè)實(shí)心球。比如，鉛球、高爾夫球，甚至普通的玻璃彈球都可以。注意，它們必須是實(shí)心的，像乒乓球那樣的空心球可不行哦。

2. 一個(gè)圓盤。比如，象棋子、圓形杯墊。

3. 一個(gè)圓環(huán)。比如，呼啦圈、輪胎。

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：

戶外，找一處有明顯坡度的斜坡。

實(shí)驗(yàn)步驟：

三個(gè)人分別選擇不同種類的一個(gè)物品。三個(gè)人在斜坡上并排站好，將三個(gè)物體置于同一水平線。三個(gè)人同時(shí)松手，使三個(gè)物體一同向下滾。猜一猜哪一個(gè)會(huì)最先到達(dá)終點(diǎn)，再看看結(jié)果，你猜中了嗎？

大輪胎和小玻璃彈球相比，誰滾動(dòng)的速度更快？呼啦圈和象棋子相比，結(jié)局又是如何？如果你們順利完成了實(shí)驗(yàn)，那么結(jié)果顯而易見。無論你是否猜中，在比賽中獲勝的一定是實(shí)心球。這是為什么呢？

想一想

不論物體有多重，個(gè)頭有多大，從滾動(dòng)速度來看，實(shí)心球要比圓盤快，而圓盤又比圓環(huán)快。我們知道，所有物體都有一個(gè)重心，形狀規(guī)則、均勻的物體，重心就是它的幾何中心。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中用到的物體，重心都是它們的幾何中心，但這三種物體的質(zhì)量分布卻大不相同。實(shí)心球的質(zhì)量極緊密地分布在重心周圍；圓盤的質(zhì)量則只是均勻地分布在穿過重心的一個(gè)面上；圓環(huán)的質(zhì)量也是分布在穿過重心的一個(gè)面上，但質(zhì)量全部集中在遠(yuǎn)離重心的外圍。

在這里要給大家介紹一個(gè)概念——轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以理解為，一個(gè)物體對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性。也就是說，我們選的三個(gè)物體，從靜止到旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的物體，更容易改變?cè)瓉淼撵o止?fàn)顟B(tài)，轉(zhuǎn)動(dòng)的速度就越大；反之，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的物體，更不容易改變?cè)瓉淼撵o止?fàn)顟B(tài)，轉(zhuǎn)動(dòng)的速度就越小。

那么這三個(gè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如何比較呢？原來，質(zhì)量分布越是靠近重心，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小。這回你明白了吧！實(shí)心球的質(zhì)量緊密地分布在重心周圍，它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小，滾動(dòng)的速度最快；圓環(huán)的質(zhì)量分布離重心最遠(yuǎn)，它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大，滾動(dòng)的速度最慢。

試一試

今天講了很多知識(shí)，但更多的是需要我們動(dòng)手嘗試。想想看，你想做怎樣的嘗試呢？比如，兩個(gè)物體一組，同樣是實(shí)心球或者圓環(huán)，如果直徑不同，會(huì)有什么樣的結(jié)果呢？小玻璃彈球和高爾夫球，哪個(gè)轉(zhuǎn)得更快？輪胎和呼啦圈，哪個(gè)轉(zhuǎn)得更快？還可以有怎樣的組合呢？通過這些嘗試，你又有哪些發(fā)現(xiàn)呢？

從花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員的旋轉(zhuǎn)中，我們也可以看出同樣的原理。他們的旋轉(zhuǎn)從張開雙臂開始，隨著旋轉(zhuǎn)，雙臂逐漸向身體靠近，這樣質(zhì)量也在向重心靠近，使得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不斷減小，所以身體旋轉(zhuǎn)的速度也在不斷加快。