雜談生活中的圓周運(yùn)動

朱可寶●

山東省淄博十七中(255033)

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雜談生活中的圓周運(yùn)動

朱可寶●

山東省淄博十七中(255033)

圓周運(yùn)動是生活中常見的一種曲線運(yùn)動.自然界中無處不見它的蹤影.天體運(yùn)動的軌跡多數(shù)為圓形；各種車輛的車輪相對于車子的轉(zhuǎn)動為圓形；鐘表針上各點(diǎn)的運(yùn)動為圓形，各種動力的傳輸多數(shù)以轉(zhuǎn)動的形式.圓周運(yùn)動是據(jù)物體運(yùn)動時的軌跡為圓而命名的.物理上講物體做圓周運(yùn)動時其速度沿圓周的切線方向，是一種變速運(yùn)動.要維持物體做圓周運(yùn)動需要有一個力不斷地作用在物體上，使之不停的改變物體的運(yùn)動方向，由于這個力的方向始終指向圓心，因而把它叫做向心力.本來做圓周運(yùn)動的物體如果突然失去向心力或者向心力提供不足，就會做遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動，這種運(yùn)動稱作做離心運(yùn)動.圓周運(yùn)動及其離心運(yùn)動在生活中有許多應(yīng)用，有時注意不到也會帶來傷害.

為了獲得向心力，大自然展示了各種各樣的方法.

空中展翅翱翔的雄鷹在做圓周運(yùn)動時要傾斜翅膀，使得翅膀受到的升力并不沿豎直方向，而是向圓心方向略有傾斜，以使升力的水平分量提供向心力.此時升力的豎直分量抵消雄鷹的重力.盤旋的半徑越小，翅膀傾斜的則越厲害.看航模表演或者飛行表演時飛機(jī)在轉(zhuǎn)彎時也是要傾斜機(jī)身的.人們在騎自行車過彎道時會不自覺的傾斜車身也是這個道理.在賽車場，彎道處設(shè)計的外高里低是為了使快速通過的賽車獲得必要的向心力.火車轉(zhuǎn)彎處也要求外軌高于內(nèi)軌，但是高出的程度卻有嚴(yán)格的技術(shù)要求.一般來講，對確定半徑的圓弧來講速度越大，高出的越多.對于確定的火車彎道，對車速的要求是一定的，若車速小于規(guī)定車速會使車輪的輪緣對內(nèi)軌有較大的壓力，而過高的速度又會對外軌產(chǎn)生較大的壓力，甚至有脫軌的危險.鐵道部門為了要提高火車的運(yùn)行速度，要做大量的前期工作，其中軌道彎道處的處理就是很重要的部分.

旋轉(zhuǎn)有水的雨傘，會發(fā)現(xiàn)雨滴會從傘的邊沿飛出.用細(xì)線拴一石子，使之做圓周運(yùn)動，突然撒手后石子也會飛向遠(yuǎn)方.這就是說本來做圓周運(yùn)動的物體如果失去向心力或者向心力提供不足，就會做遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動，這種運(yùn)動稱作做離心運(yùn)動.離心運(yùn)動廣泛用于生活生產(chǎn)當(dāng)中.家中的洗衣機(jī)甩干桶、按壓旋轉(zhuǎn)式拖把是日常生活中常見的利用離心現(xiàn)象的例子.濕的衣服在甩干桶內(nèi)旋轉(zhuǎn)時水滴和衣物間的附著力提供了水滴旋轉(zhuǎn)所需向心力，隨轉(zhuǎn)速的增加，附著力不足以提供所需向心力時水滴便由內(nèi)向外甩出去，半徑越大，離心現(xiàn)象越明顯，水分越易離開，這樣衣物便會很快被甩干了.

電力系統(tǒng)用的水泥電線桿也是利用離心現(xiàn)象制成的，按比例把水泥沙子石子用水?dāng)嚢韬煤蟮谷敫咚傩D(zhuǎn)的柱狀模具中，由于離心作用還未凝固的水泥混凝土被甩到模具內(nèi)壁上形成一定厚度的水泥混凝土薄層，等待一段時間后水泥凝固，電線桿也就做成了.

實(shí)驗室中常用離心沉淀器加速反應(yīng)物的沉淀，節(jié)省沉淀等候時間.把試管放在離心機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)，由于向心力跟質(zhì)量有關(guān)，密度越大的物質(zhì)旋轉(zhuǎn)所需向心力越大，離圓心也就越遠(yuǎn)，這樣就把沉淀物很快分離出來了.蒸氣輪機(jī)上用到的離心節(jié)速器也是機(jī)器利用離心運(yùn)動自動控制系統(tǒng)的典型事例.這是兩個固定在像剪刀樣支架兩端的金屬球，支架中間部位有軸，和機(jī)器相連并附有彈簧.支架另一端連著節(jié)氣閥門，機(jī)器旋轉(zhuǎn)時球做離心運(yùn)動，轉(zhuǎn)速越高球離軸心越遠(yuǎn)，通過杠桿節(jié)氣閥們閉合，氣體流量減小，轉(zhuǎn)速降低；在彈簧作用下球向軸心運(yùn)動，又使閥門張開，氣流增大，轉(zhuǎn)速提高.這樣就實(shí)現(xiàn)了自動控制其轉(zhuǎn)速.

陀螺是利用圓周運(yùn)動的特例.繞一個支點(diǎn)高速轉(zhuǎn)動的剛體稱為陀螺.對稱陀螺是一個質(zhì)量均勻分布的、具有軸對稱形狀的剛體，其幾何對稱軸就是它的自轉(zhuǎn)軸.在一定的初始條件和一定的外在力矩作用下，陀螺會在不停自轉(zhuǎn)的同時，環(huán)繞著另一個固定的轉(zhuǎn)軸不停地旋轉(zhuǎn)，這就是陀螺的旋進(jìn)，又稱為回轉(zhuǎn)效應(yīng).陀螺旋進(jìn)是日常生活中常見的現(xiàn)象，許多人小時候都玩過的陀螺(用鞭子抽的懶老婆)就是一例.人們利用陀螺的力學(xué)性質(zhì)所制成的各種功能的陀螺裝置稱為陀螺儀，它在科學(xué)、技術(shù)、軍事等各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用.比如:回轉(zhuǎn)羅盤、定向指示儀、炮彈的翻轉(zhuǎn)、陀螺的章動等.

有些機(jī)器部件的制作是利用高速旋轉(zhuǎn)時車刀對部件的車削得以實(shí)現(xiàn)的.車床、磨床、鉆床等工具設(shè)備無一不是利用了圓周運(yùn)動.車床是主要用車刀對旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行車削加工的機(jī)床.在車床上還可用鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進(jìn)行相應(yīng)的加工.車床又稱機(jī)床,使用車床的工人稱為“車工”，在機(jī)械加工行業(yè)中車床被認(rèn)為是所有設(shè)備的工作“母機(jī)”.車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉(zhuǎn)表面的工件，以圓柱體為主,主要運(yùn)動方式是，車刀動，工件不動.是機(jī)械制造和修配工廠中使用最廣的一類機(jī)床.銑床和鉆床等旋轉(zhuǎn)加工的機(jī)械都是從車床引伸出來的.在我國香港等地也有人將車床叫做旋床.

類似于車床的工作，有些陶、瓷器的制作是把泥料放在旋轉(zhuǎn)的工作盤上手工完成的.這類瓷器以軸對稱結(jié)構(gòu)的為主.生活中用到的茶杯、碗碟、花瓶等多數(shù)是這樣做成燒制前的坯胎的.實(shí)際工藝流程中有兩道工藝稱作拉坯和利坯.拉坯：將泥團(tuán)摔擲在轆轤車的轉(zhuǎn)盤中心，隨手法的屈伸收放拉制出坯體的大致模樣.拉坯是陶、瓷器成型的第一道工序.拉坯成型首先要熟悉泥料的收縮率.根據(jù)大小品種和不同器型及泥料的軟硬程度予以放尺.拉坯不僅要注意到收縮率,而且還要注意到造型.如遇較大尺寸的制品,則要分段拉制,從各個分段部位,可看出拉坯師傅的技藝好壞和水平高低.利坯：將坯覆放于轆轤車的利桶上，轉(zhuǎn)動車盤，用刀旋削，使坯體厚度適當(dāng)，表里光潔，這是一道技術(shù)要求很高的工序.生活中我們有這樣的體會，汽車急轉(zhuǎn)彎時會把乘客甩向道路外側(cè)一方.這是物體具有慣性的表現(xiàn).因此乘車轉(zhuǎn)彎時應(yīng)抓牢車座等車上固定物，防止出現(xiàn)意外.駕車時應(yīng)系好安全帶，遇轉(zhuǎn)彎時降低車速，都是保障行車安全的重要措施.

圓是美好的象征，圓的軌跡更適合人的審美情趣.許許多多的日用品做成圓的模樣.任何一段曲線 都可視為半徑不同的圓周結(jié)合而成.我們生來就和圓結(jié)下不解之緣.但愿天長地久，萬事有一個圓滿的結(jié)局.

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1008-0333(2016)28-0073-01