展示目的及科学原理
展项旨在通过互动装置,形象地演示重力势能与动能的相互转化过程中机械能的总量保持不变原理。
操作方式
当捻动滚轮的轴,使滚轮上升到顶点时,储蓄一定的势能。当滚轮被松开,开始旋转下降,滚轮势能随之逐渐减小,而动能(平动动能和转动动能)逐渐增加。当悬线完全松开,滚轮不再下降时,转动角速度与下降平动速度达到最大值,动能最大。由于滚轮仍继续旋转,它又开始缠绕悬线使滚轮上升。在滚轮上升的过程中动能逐渐减小,势能却逐渐增加,上升到跟原来差不多的高度时,动能为零,而势能最大。如果没有任何阻力,滚轮每次上升的高度都相同,说明滚轮的势能和动能在相互转化过程中,机械能的总量保持不变。
麦克斯韦滚轮下降时,高度越低,重力势能越小,转动速度越大,转动动能越大;滚轮上升时,高度越高,重力势能越大,转动速度越小,转动动能越小。
物体做功的过程是能量转化指各种能量之间在一定条件下互相转化过程。高处的物体具有一定的势能,当物体下落时势能转换为动能,转轮在绳索的作用下反弹上升,动能又转换为势能,相互转换最终在摩擦力的作用下,能量消耗殆尽,达到静止状态。
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