工力论文关于竹蜻蜓
五年级 记叙文 1410字 1107人浏览 花开流年的春天

竹蜻蜓中的力学

摘要:本文简述了竹蜻蜓的构造,用理论力学的知识浅析竹蜻蜓的力学原理,简

单介绍其原理在日常生活中的应用,相关发明,以及从中的到的感悟。 关键词:竹蜻蜓,力学原理,螺旋桨

竹蜻蜓是一个简单又神奇的玩具,从古代到现在一直受到孩子们的喜爱。在中国晋朝(公元265年—420年)葛洪所著的《抱朴子》一书有这样的记述:“或用枣心木为飞车,以牛革结环剑,以引其机。或存念作五蛇六龙三牛、交罡而乘之,上升四十里,名为太清。太清之中,其气甚罡,能胜人也。”其中的“飞车”被一些人认为是关于竹蜻蜓的最早记载。其外型呈T 字型,两手搓动直杆,它就旋转着飞上了天空,然后落下。在漫画哆啦a 梦中常常出现竹蜻蜓的身影。竹蜻蜓中蕴含的力学原理启迪了人们发明螺旋桨等。在学习了《理论力学》后,就可以浅析其中的原理。

一、力学原理

竹蜻蜓由两部分组成。一是竹柄,是一根长约20cm ,直径约5cm 的木棒。二是“翅膀”,用一片长18至20厘米、宽2厘米、厚0.3厘米的竹片(现在多为塑料片),中间打一个直径4至5毫米的小圆孔,用于安装竹柄。叶片是斜面,并且两个叶片是中心对称的。

叶片的斜面起关键作

用,当转动棍子使得叶片

旋转起来的时候,旋转的

叶片将空气向下推,形成

一股强风,而空气也给竹

蜻蜓一股向上的反作用升

力,这股升力随著叶片的

倾斜角而改变。如图所示,竹蜻蜓以w 转动,空气给叶片的力为F ,可以分解为水平力x F 与竖向力y F ,当2y F >W时,就会有向上

的加速度使得竹蜻蜓向上飞起,由于两个叶片是中心对称的,所以两个x F 的方向相反,产生力矩使的竹蜻蜓角动量减小直到

2y F <W时,竹蜻蜓下落。斜面与水平面之间的夹角为θ,y F =Fcos

θ。F 与θ还有叶片面积与开始的作用力有关。叶片的阻力面积愈大作用力愈大,因而反作用力也愈大(浮力也愈大),竹蜻蜓就飞得愈高。但是我们也发现阻力面积愈大,所需的旋转力愈大,因此在实际

竹蜻蜓的操作中并不实用,这就需要在力与角度面积中找出一个平衡点使得竹蜻蜓省力好操作又飞得高。

二、竹蜻蜓原理的应用

被誉为“航空之父”的英国人乔治·凯利就对竹蜻蜓着迷。他的第一项航空研究就是在1796年仿制和改造了“竹蜻蜓”,并由此悟出螺旋桨的一些工作原理。他的研究推动了飞机研制的进程。并为后人研制直升机带来灵感。

螺旋桨的原理与竹蜻蜓有很多相似之处,飞机螺旋桨在发动机驱动下高速旋转,产生拉力,牵拉飞机向前飞行。桨叶在高速旋转时,同时产生两个力,一个是牵拉桨叶向前的空气动力,一个是由桨叶扭角向后推动空气产生的反作用力。由于前桨面与后桨面的曲率不一样,在桨叶旋转时,气流对曲率大的前桨面压力小,而对曲线近于平直的后桨面压力大,因此形成了前后桨面的压力差,从而产生一个向前拉桨叶的空气动力,这个力就是牵拉飞机向前飞行的动力。 另一个牵拉飞机的力,是由反作用力而得来的。

莱特兄弟发明飞机也由竹蜻

蜓中得到不少启发,例如飞机的

机翼,向前飞行时,倾斜的机翼

受到空气的作用力,有向上的分

力。

三、感悟

我们身边的力学问题有很多,这次用理论力学的知识简单的分析了一下竹蜻蜓的原理,在这当中学到了很多,还懂得了螺旋桨的原理,也学会了怎样用学到的知识去分析我们身边的事物,更加全面的去理解事物。在这之中也发现学到的知识的确还不够全面,有些问题不能分析到位,例如竹蜻蜓的叶片倾角与面积的具体数值等。因此要不断地汲取知识,完善自己。