解开国宝之谜 复原古人欹器

来源 :科学24小时 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lwjjet
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  欹(音 qī)器,又常被称做歌器。欹器具有“虚而欹,中而正,满而覆” 的特点,即未装水时略向前倾,待灌入少量水后,罐身就竖起来一些,而一旦灌满水时,罐子就会一下子倾覆过来,把水倒净,尔后又自动复原,等待再次灌水。由于这个特点,华夏文明的祖先三皇五帝都曾把它作为警诫之器。鲁国国君把它作为圣物放在庙中祭祀,孔子用它来教育学生“谦受益,满招损”,成为了具有警诫意义的器物。
  据史料记载,祖冲之曾经复原过欹器。我在思考,是否也可以做个欹器呢?它的力学原理是利用了重心与浮体稳定性关系的动平衡原理,就是把杯子用偏心轴固定在支架上,加水后杯子的重心在不断地变化,当最后的重心偏离一定的距离,杯子就会翻转。我了解到这种动平衡原理在飞行器飞行过程中有很大的作用。
  我按照以上的力学原理用竹子做了一个欹器,但是我发现它在倾倒过程中速度很快,冲击力比较大,而且还不能完全把里面的水倒出来。因此我决定在此基础上进行创新,设计一个新型的欹器。
  如何能让水缓慢倒出呢?对于这个问题,我思考了很长时间也找不到好的解决办法。我有一次在看电视时,偶然看见有人在用长嘴茶壶表演茶艺,看着茶水随着音乐慢慢地流出,突然想到我的欹器是否可以设计成茶壶形状呢?
  我按照茶壶的形状制作了一个欹器,用浮球来呈现欹器“虚而欹,中而正,满而覆”的特点。不过在实验过程中发现固定支点的位置不太好找,我先用力矩平衡原理计算出支点的大致位置,然后一边测试一边调整,最后再测量得出准确的位置。令我倍感意外的是,支点的位置居然是在黄金分割点上!
  我制作的欹器一反常规做法,别出心裁地将出水口置于底部,利用浮子的作用让水流出的同时,还可控制水流速度。此外,该欹器还具有重心调节容易、出水均匀缓慢及水倒净率100%的优点。因此,我的作品在“飞天杯”全国中学生创新设计大赛中获一等奖。更是得到了南京航空航天大学教授的首肯,认为我的设计为飞行器动力平衡提供了一个新的设计思路。
其他文献