体验趣味力学 展现科学魅力
中科院力学研究所
动物爬绳赛
1．游戏说明
用铁丝设计制作一个装置，画上各种动物。悬挂起来后，1只手可以使动物却向上爬。注意动物在向上爬时，绳子不是朝一个方向运动，而是小幅的往复运动。
材料：细铁丝20厘米，棉细2米，A4纸1张用于画动物，铅笔1只。
工具： 老虎钳，裁纸刀。
2．原理说明
这一活动要求学生巧妙利用摩擦，根据摩擦自锁和解锁，让装置上升。学生可以在纸上画上各种动物，进行爬高比赛。
装置由一个梯形铁丝框和绳子组成，把绳子挂在墙上。用一只手紧紧抓住绳子不松开，同时手掌围绕腕关节来回转动，梯形铁丝框就会一步一步往上爬（见示意图）。下面，来分析它的运动原理。梯形铁丝的上下各对称地弯有两个小圆环，注意上底的两个小圆环之间的距离比下底的距离要小。手掌在转动时同时略用力向下拉，会带动铁丝框转动。
当铁丝框顺时针转动时，绳子在A、B处的圆环中绷紧，且在圆环的不同侧面，由于摩擦产生自锁，不会产生相对运动（类似于慢速下降中的B状态）；但是C、D处的绳子在圆环的同侧，铁框与绳子会产生相对运动（类似于慢速下降中的A状态）。因此铁丝框顺时针转动时，AB处不动，CD处上升；如果铁丝框逆时针转动时，这CD处不动，AB处上升。当手掌来会转动时，铁丝框就会慢慢上升。