能永动的“傅科摆”

• 出 处: 科技生活
• 发表日期: 2011年34期

　　能永动的“傅科摆”
　　获奖者：苑帅 清华大学附属中学
　　为了证明地球在自转，法国物理学家傅科1851年在巴黎先贤祠的圆顶大厅做了一次成功的摆动实验，而试验用的摆锤也因此被命名为“傅科摆”。试验中的傅科摆摆长67米，摆锤重28公斤。由于这种摆惯性和动量大，因而基本不受地球自转影响而自行摆动，并且摆动时间很长。
　　因此，傅科摆作为一种能够证明地球自转的实验及演示工具，具有重大的科学和教育意义。北京天文馆及联合国大厦等很多著名的博物馆及公共场所都放置了傅科摆用以展示地球自转。
　　但是由于傅科摆在展示过程中受摩擦力及空气阻力等因素的影响，摆动幅度会逐渐减小并最终停止，严重影响了演示效果。比如北京天文馆内陈设的傅科摆在没有人为干涉的情况下，就会在一段时间内停止运行。
　　为了解决这个问题，苑帅设计了一套以适当外力抵消摩擦力及空气阻力的解决方案。经过几次方案的调整后，用怠速电机补偿能量损耗的方案最终成功解决了问题。
　　在这套方案中，傅科摆的正下方需要安装一个控制器，用来接收光敏传感器信号并控制怠速电机。当傅科摆的摆球在最高点时，怠速电机将处于拉升状态，当摆球从最高点向下运行至最低点时，怠速电机下降高度。而后，摆球从最低点向最高点运行过程中，怠速电机将提升高度。在整个过程中，光敏传感器的信号都将被控制器接收以控制怠速电机的运行。通过怠速机的提升，空气阻力消耗的能量被有效地补偿了。
　　苑帅的这套傅科摆解决方案，不只停留于纸面，它最终将用于中国科技馆的展品设计，帮助傅科摆实现“永动”，以便让更多人了解地球自转的奥秘。
　　
　　小型广告冲刷机
　　获奖者：
　　康平 王亚旭 北京市昌平区第二中学
　　被称为“城市牛皮癣”的小广告，让很多人苦恼不已。一块块斑驳的小广告粘贴在电线杆、马路上，严重影响了城市的清洁和美观。康平和王亚旭发现街面上的各式广告冲刷机虽然能够洗刷街道上的一些小广告，但是它们体积巨大，对于胡同、天桥上的小广告却一筹莫展。
　　 通过走访环卫队、居民等方式搜集资料，两位同学设计了一款小巧玲珑的推拉冲洗车来解决这些问题。这个产品使用了污染较小的电力驱动，并安装了冰箱压缩机和用废旧大号灭火器钢瓶改造的耐压储气瓶用来压缩空气产生高压水柱。同时，两位同学为了防止储气瓶爆炸发生危险，还在钢瓶上安装了一个压力开关，使气压达到极限时，能够及时切断电路，防止危险的发生。而装置的喷头是一支耐压强度大的洗车水枪。
　　整套设备的零部件并不多，但是功能却不容小觑。两位同学在产品制成后，还进行了验证试验。在胡同里、天桥上、电线杆上，这台只需要两个人抬着就能搬运的机器，冲洗的效果非常好。今后，康平和王亚旭还将继续完善这台重刷机，使它在重量和体积上进一步减小，最终的目标是“一个人背上就能进行作业，真正达到便携的目的。”