声振论坛

 找回密码
 我要加入

QQ登录

只需一步,快速开始

查看: 1946|回复: 2

[其他相关] 力学小魔术——骰子齐变

[复制链接]
发表于 2018-12-17 10:29 | 显示全部楼层 |阅读模式

马上注册,结交更多好友,享用更多功能,让你轻松玩转社区。

您需要 登录 才可以下载或查看,没有账号?我要加入

x


  附:该魔术的动力学分析,该文原载《力学与实践》2011年第33卷第6期第105-106页,作者为浙江大学庄表中和王永。在此对《力学与实践》和文章作者表示感谢!

  魔术动力学分析之四
  ——冲击使六颗骰子按指定的点数显示
  庄表中 王永

  魔术令人们感到神奇。实际上,很多魔术都是科学的实践,揭示它的内在科学原理和技术有助于开发智力,魔术千变万化,其乐无穷。它并不都是编人的,其中大部分都是科学原理和知识的应用。如果把道具进行透明化,又让制作者和演员凑在一起,缓慢地分解魔术的各个动作,再辅以科学解释,那么,魔术的秘密就完全解开了。人们看清了奥妙,增长了科技知识,有助于开发智力和丰富人们的生活乐趣。

  本文仅介绍力学中的冲击、惯性概念的应用与动力学原理实施了骰子有规律的转动,表演出六颗骰子按指定数字排列的神奇。

  六颗骰子应用动力学原理的魔术表演
  图1所示的立方体塑料盒,此盒由底盘和罩盖组成,罩盖的内腔尺寸要求很高,按力学要求进行特定的设计与制作,底盘内可排列六颗塑料骰子,见图2所示,周边有合适的空隙。
1.png
  图1

2.png
  图2

  魔术操作者的表演步骤如下:

    · 将图3的六颗骰子按不同点数向上排列,如图4所示,而面向操作者一边的显示面上按观众预先要求的点数排列(观众看不到的),例如图4的一种全部都是5,然后再盖上罩盖。
3.png
  图3

4.png
  图4

    · 盖上塑料盒的罩盖以后,把整个盒子按图1所示姿态拿在手中并进行上、下平动地冲击一次。这样,六颗骰子就已在盒内自动地朝同一个方向旋转了90°左右并停止在盒中,此时启开盒盖,让观众神奇地看到如图5所示的顶面点数显示。
5.png
  图5

  若再同样的做上、下平动地冲击两次,盒内六颗骰子同步同向地转动了180°左右,这时骰子顶面显示的全部是点2(六面体的骰子的顶底两个平行面上点数之和为常数7,即1+6=7,,2+5=7,3+4=7)。

  骰子平面运动动力学的分析
  图6为骰子受力和运动示意图。骰子在盒内受到一次不对称的冲击,从图6(a)可见,骰子受罩盖内腔的凸出部分1处的一个冲击力FN1,骰子还受重力FW和底盘给骰子B处向左的滑动摩擦力F;从图6(b)可见,骰子在盒内向下加速运动和绕质心C作逆时针方向角加速度ε 的转动,即骰子作平面运动。这样,可写出以质心C的向下加速运动和绕质心C的转动两个动力学方程。

  骰子按动力学规律运动,它的过程取3个瞬时来说明(见图6(b))。这一过程使骰子原来的铅垂面ED变为水平顶面,即转了90°左右(有随机成份),完成了魔术要表演的功能。
6.png
  图6 左(a);右(b)

  经上述骰子平面运动动力学分析之后,再来操演一次不同的形式,即将骰子的顶面从1到6顺序排列放到盒子里(见图7(a)),则按上述同样方法平动地冲击两次,这是骰子就会在盒内朝着一个方向转动180°左右后停止,翻开罩盖,即见骰子顶面就按照从6到1的顺序排列(见图7(b))。同理,还可以进行偶数与奇数之间变化的表演等。
7.png
  (a)

8.png
  (b)
  图7

  结束语
  弄清楚了六颗散子魔术表演的力学原理,学会表演就非常容易了。但是塑料盒的制作有讲究,长为95mm的罩盖和底盘内的型腔尺寸与骰子尺寸匹配是关键,各个空隙要适当、合理,表面摩擦因素也宜较小。图8提供了一种参考剖面尺寸,读者参考制作一定会成功的。
9.png
  图8

  来源:CUMT基础力学实验教学公众号(ID:MERC_CUMT),作者:钟卫平。


回复
分享到:

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 我要加入

本版积分规则

QQ|小黑屋|Archiver|手机版|联系我们|声振论坛

GMT+8, 2024-12-23 11:48 , Processed in 0.065379 second(s), 21 queries , Gzip On.

Powered by Discuz! X3.4

Copyright © 2001-2021, Tencent Cloud.

快速回复 返回顶部 返回列表