“無敵快球”

文/西達

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，萬物復蘇呢？天氣回暖，正是在戶外探索的好時候。今天，我們就把實驗室“搬到”戶外，這個實驗需要你把小伙伴邀請來一起完成！

做一做

說是實驗，其實這次動手活動更像是一個游戲——“誰在滾動比賽中的速度更快？” 看，主題聽起來多么有趣！并且，在實驗開始之前，你還可以跟小伙伴們打個賭，猜猜誰的速度會是最快的，再用實驗結果來驗證一下。說了這么多，肯定有人等不及了，就讓我們快開始吧！

實驗用品：

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

2. 一個圓盤。比如，象棋子、圓形杯墊。

3. 一個圓環。比如，呼啦圈、輪胎。

實驗地點：

戶外，找一處有明顯坡度的斜坡。

實驗步驟：

三個人分別選擇不同種類的一個物品。三個人在斜坡上并排站好，將三個物體置于同一水平線。三個人同時松手，使三個物體一同向下滾。猜一猜哪一個會最先到達終點，再看看結果，你猜中了嗎？

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

想一想

不論物體有多重，個頭有多大，從滾動速度來看，實心球要比圓盤快，而圓盤又比圓環快。我們知道，所有物體都有一個重心，形狀規則、均勻的物體，重心就是它的幾何中心。我們在實驗中用到的物體，重心都是它們的幾何中心，但這三種物體的質量分布卻大不相同。實心球的質量極緊密地分布在重心周圍；圓盤的質量則只是均勻地分布在穿過重心的一個面上；圓環的質量也是分布在穿過重心的一個面上，但質量全部集中在遠離重心的外圍。

在這里要給大家介紹一個概念——轉動慣量。轉動慣量可以理解為，一個物體對于旋轉運動的慣性。也就是說，我們選的三個物體，從靜止到旋轉，轉動慣量小的物體，更容易改變原來的靜止狀態，轉動的速度就越大；反之，轉動慣量大的物體，更不容易改變原來的靜止狀態，轉動的速度就越小。

那么這三個物體的轉動慣量如何比較呢？原來，質量分布越是靠近重心，轉動慣量越小。這回你明白了吧！實心球的質量緊密地分布在重心周圍，它的轉動慣量最小，滾動的速度最快；圓環的質量分布離重心最遠，它的轉動慣量最大，滾動的速度最慢。

試一試

今天講了很多知識，但更多的是需要我們動手嘗試。想想看，你想做怎樣的嘗試呢？比如，兩個物體一組，同樣是實心球或者圓環，如果直徑不同，會有什么樣的結果呢？小玻璃彈球和高爾夫球，哪個轉得更快？輪胎和呼啦圈，哪個轉得更快？還可以有怎樣的組合呢？通過這些嘗試，你又有哪些發現呢？

從花樣滑冰運動員的旋轉中，我們也可以看出同樣的原理。他們的旋轉從張開雙臂開始，隨著旋轉，雙臂逐漸向身體靠近，這樣質量也在向重心靠近，使得轉動慣量不斷減小，所以身體旋轉的速度也在不斷加快。