仪器介绍】 如图9-1所示,由V形导轨、导轨支架和双锥体构成V形导轨开口端高、闭口端低,构成一倾斜轨道,轨道的坡度和两导轨间的夹角可通过导轨支架微调但是经过仔细的分析发现这其实只是一种错觉:这个轨道一头高一头低,双椎体从低的一头自动滚向高的一头好像是重心在向上滚,但分析一下就会知道真相不是这样的首先这是一个双椎体而不是一个圆柱体,其次这不是一个斜面而是两条轨道,而且轨道是成八字状摆放的,并且高处张得开这样的设计会使椎体处于高处时重心降低,而在低处时由于轨道变窄使得重心升高且高于在高处时的,由此一来这个实验就变成重心由高处向低处走的正常现象了,也 就不违反物理定律了任何物体在重力场中总会受到重力的作用而有降低其重心位置的趋势,即如在斜坡上物体有下滑或下滚现象本展品同样遵循这一自然规律因此,从表面上看来是物体由低向高运动,实际上这只是由于锥体的形状,导轨不平行以及导轨两端高低不等给人眼造成的错觉此展品是由一个双锥体和两根互成角度同时又与水平面成一定角度的导轨组成的设锥体顶角为α,两导轨所成角为β,导轨平面与水平面间的夹角为γ,则只要满足:Sinγ
能量最低原理指出:物体或系统的能量总是自然趋向最低状态实验中的锥体怎么从低处向高处滚动呢?本实验导轨的低端两根导轨的间距小,锥体停在此处重心被抬高了;相反,在高端两根导轨较为分开,锥体在此处下陷,重心实际上降低了实验现象仍然符合能量最低原理,导轨的低端两个支柱的间隔小,锥体停在此处,重心被抬高了(重力势能最大)相反在高端,间隔较大,锥体在此处下陷,重心降低了(重力势能最小)锥体从低端滚向高端,使重心逐渐降低,即重力势能逐渐减小,符合能量最低原理。