自制投石机

Jessie

在《指环王》和《霍比特人》系列电影里，当半兽人向城堡发动攻击时，它们通常会架设一种威力十足的装置——投石车。这种投射类武器可以将巨大的石块射入城堡中，产生强大的震慑力。本期的科学DIY，我们将一起制作简易的投石机模型，利用废弃的冰棒棍，再次复原古代机械的风貌。

【实验材料】

8根小号冰棒棍、2根大号冰棒棍、橡皮筋、矿泉水瓶盖、剪刀、双面胶。

【方法指南】

第一步：取8根小号冰棒棍，对齐后按照“赤橙黄绿青蓝紫”的顺序依次重叠排列。给冰棒棍涂上颜色只是为了让你能更好地区分，自己制作时不需要涂色。

第二步：用橡皮筋将冰棒棍两端捆绑在一起。这些冰棒棍将作为投石机的底座。

第三步：用剪刀在大号冰棒棍的一端刻出两个对应的凹槽，以便固定橡皮筋。

第四步：把一根大号冰棒棍从第一层红色冰棒棍下方垂直穿过。

第五步：再将另一根大号冰棒棍从底部的紫色冰棒棍相同位置垂直穿过。

第六步：调整冰棒棍的位置，用橡皮筋把其较短的一端固定起来，组成一个三角形。大号冰棒棍即为投石机的“投石手臂”。

第七步：用胶带将瓶盖固定在“投石手臂”末端。放入一个纸团作为炮弹，下压“投石手臂”，瞄准——发射！ 正中目标！

【原理解析】

投石机的动力来源于机械系统中的弹性势能。事实上，这是一种十分常见的保守力。

当我们下压瓶盖时，原本笔直的冰棒棍和其末端的橡皮筋会因外力作用而发生形变，并产生一股向上的反抗力量。这种由于物体各部分之间的弹力相互作用而积聚的能量被称为弹性势能。在日常生活中，被压缩的气体、被拉弯的弓、被卷紧的发条、被压缩的弹簧都具有弹性势能。

弹性势能可与动能直接相互转化。当我们抬起手指时，橡皮筋和冰棒棍恢复原状，早先存储于其中的弹性势能被立即释放出来，转化为动能，驱动“投石手臂”向上抬升，进而抛出重物。但需要注意的是，在整个操作过程中还存在一定的摩擦力损耗。因此，并非所有的弹性势能都可以100%转化为动能。