全國青少年科技創(chuàng)新大賽獲獎作品選(二)(論文類)物理學(xué)科論文對自行車前后輪受摩擦力方向的研究湖北省黃石市第七中學(xué)徐晶晶 輔導(dǎo)教師 徐艷紅(全國一等獎)摘要:在研究性學(xué)習(xí)課中,我在徐艷紅老師指導(dǎo)下進行了對自行車前后輪受地面摩擦力方向的實驗研究,經(jīng)過反復(fù)的實驗探索和思考,我總結(jié)出六種有趣有效的判斷方法,并充分認識到摩擦力方向與相對運動方向或相對運動趨勢方向相反。
自行車能前進靠的是地面的摩擦力。我們要了解自行車的運動原理,首先就要了解當(dāng)我們騎自行車沿直線正常前進時,地面對車輪的摩擦力情況。
用怎樣的方法,能夠判斷出地面對車前后輪的摩擦力方向呢?在研究性學(xué)習(xí)課中,我們以此為課題進行了多次實驗研究。以下是我們總結(jié)出的幾種實驗判斷方法,非常有趣和有效。
一、打滑判斷法 寒冷的冬天,讓自行車行駛在冰面上,由于冰的表面很光滑,車難以向前運動,而只是在原地打滑,我們發(fā)現(xiàn)車傾倒之前,只有后輪在原地打滑,而前輪并不旋轉(zhuǎn)打滑??梢姡筝喪侵鲃酉蚝蟆安洹钡孛?,所以地面對后輪的摩擦力方向是向前;而前輪,除非當(dāng)自行車向前運動時地面會“主動”去“蹭”前輪,才能使它轉(zhuǎn)動,可以看出地面對前輪的摩擦力向后。
二、“沙中受阻”判斷法 讓一個同學(xué)騎自行車在操場上的跳遠沙坑中行駛,由于沙較深(約15cm),車輪會陷入沙中使行車困難,當(dāng)車停止向前運動以后,由于騎車人繼續(xù)奮力蹬車,旋轉(zhuǎn)的后輪使它底下的沙子不斷向后甩出,可見后輪對地面的摩擦力方向是向后的,根據(jù)牛頓第三定律,當(dāng)然地面對后輪的摩擦力方向是向前的。 我們還觀察到,車受阻后,前輪并不轉(zhuǎn)動,可見它的情況與后輪不一樣:自行車行駛時,前輪受到地面給它的摩擦力方向是向后。
三、“膠布卷邊”判斷法在車的前、后橡膠輪胎外側(cè)(輪胎上能夠反復(fù)接觸到地面的部位)各牢牢貼上一塊醫(yī)用膠布,在自行車向前行駛一段路程后,我們檢察膠布,發(fā)現(xiàn)后輪所貼膠布是先挨地的一端起了卷邊,而前輪所貼膠布是后挨地的一端起了卷邊??梢韵氲剑驗榈孛鎸筝喚哂蟹较蛳蚯暗哪Σ亮?,對前輪具有方向向后的摩擦力,所以才有這樣的結(jié)果。
四、“雜技聯(lián)想”判斷法雜技高手可以使前輪騰空,只靠后輪著地向前行駛,只要他一直踩踏板,車就會一直向前,甚至可以加速,可見地面對后輪的摩擦力是向前。但是如果換成后輪騰空、前輪著地行駛,即使他一直踩踏板,自行車也會慢慢地停下,可見地面對前輪的摩擦力是向后。
在這里要注意,因為踏板軸鏈條是與后輪軸連接的,所以有這兩種不同情況。 五、車輪“長”毛設(shè)想法如果將軟毛的刷子有毛的一面朝下,在桌面上拖動,那么軟毛伏倒的方向,就能表明毛刷受摩擦力的方向。
設(shè)想自行車前、后輪表面“長”滿一圈短短的絨毛,那么這些絨毛在地面摩擦力作用下會倒向哪個方向呢?可想而知,前輪上一圈毛倒伏方向與后輪上一圈毛倒伏方向相反,如圖1所示。實驗結(jié)果是否與圖1相符呢?(本文為敘述方便,將后輪的毛倒伏方向稱為順時針方向,前輪的毛倒伏方向稱為逆時針方向。)
1.我們用萬能膠將兩小塊毛皮都按順時針的毛方向分別粘牢在自行車前、后輪上。經(jīng)過騎一段路程后發(fā)現(xiàn),后輪順時針的毛依然服帖,而前輪上原來順時針的毛顯出不那么服帖。
2.我們用萬能膠將兩小塊毛皮都按逆時針的毛方向分別粘牢在自行車前、后輪上。經(jīng)過騎一段路程后發(fā)現(xiàn),這次是前輪逆時針的毛依然服帖,而后輪上原來逆時針的毛顯出不那么服帖。
兩次實驗結(jié)果印證了設(shè)想的圖1的結(jié)果,說明了自行車前、后輪受到地面摩擦力方向分別是向后和向前。六、“主動、從動輪”直接判斷法觀察普通的自行車,后輪胎是主動輪(它與踏板軸的鏈條連接),是能“主動”旋轉(zhuǎn)的輪子,是使得自行車前進的“動力之源”:而前輪是從動輪,是“被迫”旋轉(zhuǎn)的,起輔助行駛和輔助平衡的作用。
主動輪受地面摩擦力方向是與車運動方向相同(向前),從動輪受地面摩擦力方向是與車運動方向相反(向后)。以上六種方法,是我們在開展研究性活動課中,通過自己觀察實驗得出來的。
用類似的方法,我們還研究了汽車行駛時前、后輪受地面摩擦力的方向,人行走時前、后腳受地面摩擦力的方向等等,充分認識到摩擦力方向與相對運動或相對運動趨勢方向相反。開展研究性學(xué)習(xí),既有趣又有效,同學(xué)們開動腦筋,思維活躍,比坐在教室里光是聽老師講效果要好得多,我們的思維能力和創(chuàng)新能力得到很大的提高。
注:黃石七中徐晶晶已于2004年保送到武漢大學(xué)應(yīng)用物理專業(yè)。
創(chuàng)新科技小發(fā)明金點子有以下幾個:一、神奇鞋拖。
制作方法:1、鞋拖要比自己平時穿的鞋子大一些,便于套穿在鞋子上。 2、用碎布條作鞋底上的拖把條,拖把條上面釘一層較厚的塑料 底,既防水又耐用。
3、用布殼和防水布做成鞋幫,鞋幫的后根安上一條拉鏈,穿脫方便。把鞋幫和鞋底連起來,鞋拖就做成了。
4、一個小風(fēng)扇,只需要一個小馬達,兩節(jié)5號電池,還有一些短導(dǎo)線,一個實心的塑料泡沫,一把剪刀,一些硬紙片! 5、把實心泡沫掏空,用導(dǎo)線連接好小馬達,塞入泡沫里(要保持小馬達的轉(zhuǎn)子軸漏出泡沫),在把導(dǎo)線連到電池上,也塞如泡沫內(nèi),用剪刀把小紙片剪成行,套在小馬達的轉(zhuǎn)子軸上即可。二、無頁風(fēng)扇利用空氣倍增技術(shù)吸納空氣和擴大它。
由于沒有轉(zhuǎn)動葉片或網(wǎng)格外罩,安靜,安全,易于清潔。三、雙頭牙膏雙頭牙膏,牙膏的兩頭都有出口,可以同時滿足兩個人使用。
同時也解決了牙膏底部難以擠出來的困擾。如果她(他)搶先擠牙膏讓你很生氣,那這個產(chǎn)品很適合你。
四、不倒翁牙刷牙刷剛放置時,會搖搖擺擺,直到達到一個平衡的狀態(tài)——就像不倒翁。避免了牙刷弄臟的困擾。
1994年30歲而立之年的馬云開始創(chuàng)業(yè),創(chuàng)立杭州第一家專業(yè)翻譯社-海博翻譯社。
1995年,“杭州英語最棒”的31歲的馬云受浙江省交通廳委托到美國催討一筆債務(wù)。結(jié)果是錢沒要到一分,卻發(fā)現(xiàn)了一個“寶庫”——在西雅圖,對計算機一竅不通的馬云第一次上了互聯(lián)網(wǎng)。
剛剛學(xué)會上網(wǎng),他竟然就想到了為他的翻譯社做網(wǎng)上廣告,上午10點他把廣告發(fā)送上網(wǎng),中午12點前他就收到了6個email,分別來自美國,德國和日本,說這是他們看到的有關(guān)中國的第一個網(wǎng)頁。馬云當(dāng)時就意識到互聯(lián)網(wǎng)是一座金礦。
開始設(shè)想回國建立一個公司,專門做互聯(lián)網(wǎng)。馬云萌生了這樣一個想法,把國內(nèi)的企業(yè)資料收集起來放到網(wǎng)上向全世界發(fā)布,他立即決定和西雅圖的朋友合作,一個全球首創(chuàng)的B2B電子商務(wù)模式,就這樣開始有了創(chuàng)意。
并起名中國黃頁(chiinapage)。 回國當(dāng)晚,馬云約了24個朋友做外貿(mào)的朋友也是他在夜校名義上的學(xué)生,給他們介紹,結(jié)果23人反對,只有一個人說可以試試。
馬云想了一個晚上,第二天早上還是決定干,哪怕24人都反對,他也要干。 “其實最大的決心并不是我對互聯(lián)網(wǎng)有很大的信心,而是我覺得做一件事,經(jīng)歷就是成功,你去闖一闖,不行你還可以調(diào)頭,但是如果你不做,就像你晚上想想千條路,早上起來走原路,一樣的道理”。
馬云提起當(dāng)初,贊賞的是自己的勇氣而不是眼光。 1995年4月,31歲的馬云投入7000元,又聯(lián)合妹妹、妹夫、父母等親戚湊了兩萬元,創(chuàng)建了“海博網(wǎng)絡(luò)”,“海博網(wǎng)絡(luò)”從此成為中國最早的互聯(lián)網(wǎng)公司之一,產(chǎn)品就是 “中國黃頁”。
1996年,32歲的馬云艱難的推廣自己的中國黃頁,在很多沒有互聯(lián)網(wǎng)的城市,馬云一律被稱為“騙子”,但馬云仍然像瘋子一樣不屈不撓,他天天都這樣提醒自己:“互聯(lián)網(wǎng)是影響人類未來生活30年的3000米長跑,你必須跑得像兔子一樣快,又要像烏龜一樣耐跑?!比缓蟪鲩T跟人侃互聯(lián)網(wǎng),說服客戶。
業(yè)務(wù)就這樣艱難地開展了起來。1996年營業(yè)額不可思議地做到了700萬!也就是這一年,互聯(lián)網(wǎng)漸漸普及了。
1996年3月因為杭州電信的實力懸殊的競爭,最后馬云不得已和杭州電信合作,馬云的中國黃頁資產(chǎn)折成60萬,占30%股份,杭州電信投入140萬人民幣,占70%股份。后因經(jīng)營觀念不同,馬云和杭州電信分道揚鑣,放棄了自己的中國黃頁,并將自己擁有的21%的中國黃頁股份,全數(shù)送給了一起創(chuàng)業(yè)的員工。
這年是1997年,這是馬云創(chuàng)業(yè)生涯第一次的失敗,這年馬云33歲。 1997年,馬云離開中國黃頁后,受外經(jīng)貿(mào)部邀請,加盟外經(jīng)貿(mào)部新成立的公司,中國國際電子商務(wù)中心(EDI),由馬云組建、管理,馬云占30%股份,參與開發(fā)了外經(jīng)貿(mào)部的官方站點以及后來的網(wǎng)上中國商品交易市場。
在這個過程中,馬云的btob思路漸漸成熟“用電子商務(wù)為中小企業(yè)服務(wù)”。連網(wǎng)站的域名他都想好了——阿里巴巴。
互聯(lián)網(wǎng)像一個無窮的寶藏,等待人們前去發(fā)掘,就像阿里巴巴用咒語打開的那個山洞。 1999年,35歲的馬云受夠了在政府企業(yè)做事條條框框的束縛、磕絆與畏首畏尾,不甘心受制于人的馬云推辭了新浪和雅虎的邀請決心南歸杭州創(chuàng)業(yè),團隊成員全部放棄其他機會決心跟隨。
這年1999年,這是馬云遭逢的人生的第二次創(chuàng)業(yè)失敗。 1999年1月15日,馬云和他的團隊悄然南歸。
1999年2月,在杭州湖畔家園馬云的家中召開第一次全體會議,18位創(chuàng)業(yè)成員或坐或站,神情肅穆地圍繞著慷慨激昂的馬云,馬云快速而瘋狂地發(fā)表激情洋溢的演講“黑暗中一起摸索,一起喊,我喊叫著往前沖的時候,你們都不會慌了。你們拿著大刀,一直往前沖,十幾個人往前沖,有什么好慌的?”在這次“起事”的會議上,馬云和伙伴共籌了50萬元本錢。
并按照慣例進行了全程錄像,馬云堅信這將有極大的歷史價值。在這次會議上馬云說“我們要辦的是一家電子商務(wù)公司,我們的目標有三個,第一,我們要建立一家生存102年的公司;第二,我們要建立一家為中國中小企業(yè)服務(wù)的電子商務(wù)公司;第三,我們要建立世界上最大的電子商務(wù)公司,要進入全球網(wǎng)站排名前十位。
從這天開始,馬云開始鐵下心來做電子商務(wù)。
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