题目

玩具中藏有哪些科学原理?

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走马灯(图片提供:视觉中国)
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玩具虽小,但却寓意深刻。不少玩具运用了科学原理,使看似普通的玩具闪耀出智慧之光。这种玩具是中国传统玩具中最有趣味和价值的东西。中国引用科学方法于玩具的历史,可以追溯到两千多年前的战国时期。从鲁班发明木鸢“可飞三日不下”的记载;到近代人们均懂得利用自然现象、机械原理和传动装置,利用能量互换原理制作出各种互动玩具;以至到今天,民间艺人仍然沿用传统工艺制作这类民间玩具,如哨类玩具、风筝、走马灯、旋木玩具、击鼓车、小燕车、空竹、陀螺、风车等。

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费新我绘于1958年的《童稚》,香港艺术馆藏品
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走马灯是典型的把热能转化为动能的例子,它靠蜡烛燃烧所产生的上升热气流,推动灯笼内壁不停转动,造成图案中人物、动物不断走动的效果。(原来内壁所绘图案以马居多,转动后,犹如马在走动,故名走马灯。)早在宋代,诗人范成大有诗歌描绘走马灯(当时称为“马骑灯”)。走马灯所使用的能量转换原理比西方早了近千年。

 

历代先民一直幻想能够像鸟儿一样飞上天空。人们模仿鹰、鸟、燕等飞禽形象,制作出木鸢和纸鹞,而且很早就用于军事行动中。风筝的制作、骨架的扎制十分关键,讲究用料均衡、分布合理,以头和身为轴,左右对称。鸟类风筝结构还在翅膀上形成弧状“膀兜”,这样的设计便于使风筝承风、卸风和保持飞行的稳定。风筝在气流的作用下,可飞升数里,收放自由。这是利用气流推动力进行飞行的典型事例,现代的飞机正是在这个原理的启示下创造出来。

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传统曹氏风筝,沙燕系列——比翼燕
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互动玩具是玩具中的一大类,其特点是:通过给予玩具某一部位作用力,而使玩具另一或全部部位发生响动或运动。实际上,互动玩具采用的是物理学中能量守恒和转化原理,将一种运动形式变为另外一种。譬如空竹和陀螺两种玩具,前者是将人手抖动所产生的动能,通过一根绳子传递给空竹,使其转动。在旋转过程中,空气又经过空竹的气孔,进入快速转动的空竹轮堂内,吹动轮内叶上的洞眼,空气在轮堂内发生振动,产生美妙动听的鸣响。这其间作用力发生多次转化,是互动玩具中较为复杂和典型的类型。其他玩具如陀螺、风车、鸡吃米、小击鼓车和摔跤人等互动玩具都是同样道理。这类玩具由于有较多应用科学原理,更加令人喜爱。

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“抖空竹”现在仍十分流行
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上载日期:
2020年07月22日

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