要提到童年小物,每個人可能都會有自己獨一無二的回憶。北方的朋友們或許回想起舔過的鐵欄杆和單雙槓(雖然他們並不小),而沿海地區的朋友們或許想的是堆沙的迷你小鏟子。
但如果說幾個所有人都能有立刻達成共識的代表性童年小物,那應該是街邊套圈送的竹蜻蜓、拿草稿紙和卷子疊成的紙飛機,和學校旁邊小商店買的5角一支的棒棒糖。
無論你的童年是在街上打打鬧鬧,或者是守著電視看動畫片,抑或是每天刻苦學習練琴上培優班,這幾件物件多多少少都佔據了童年回憶的一部分。長大以後,雖然它們可能已離我們而去,但我們可以從新的角度來探索它們背後的故事和原理。
01
竹蜻蜓
提到竹蜻蜓,大家一定都還記得那種一塊錢一個、可拆卸的小玩意兒。雖說現在是塑料做的,但在規模化生產成熟之前,竹蜻蜓確實是用竹片手工做的,它在高速旋轉時可以向上飛起,是童年時期孩子們一起玩的玩具之一。
竹·竹蜻蜓和塑料·竹蜻蜓,來源:網絡
我們一般玩竹蜻蜓,都是兩手搓動(手柄)豎直的竹蜻蜓,等到轉速達到一定值時則讓其脫離雙手向上升起。童年的我們顯然沒有在意其結構和原理,而等我們長大了,我們可能還是不懂它的原理(皮一波)。所以,竹蜻蜓是怎麼飛起來的呢?
簡單來講,竹蜻蜓的葉片和水平旋轉面之間有一個傾角(這個傾斜角度是可以調整的)。當旋翼旋轉時,旋轉的葉片將空氣向下推,形成一股強風,而空氣也給竹蜻蜓一個向上的反作用升力。當升力大於竹蜻蜓自身重力時,其便可向上飛起來了。
簡化的竹蜻蜓飛行模型,來源:聲振之家
總的來說,翼面愈大,作用力愈大,浮力也愈大,但所需的旋轉力也愈大。想讓竹蜻蜓省力好操作又飛得高,我們需要在竹蜻蜓的重量(轉動慣量),角度(上升速度),面積(上升力)之間找到平衡點。這個嘛……留給廠家去算吧,我們就負責玩。
02
紙飛機
只要手邊有張紙,就會有人玩紙飛機。當有一個同學開了個頭,不用一分鐘,整個教室裡就都是飛來飛去的紙飛機。一般來說它的壽命很長,撿起來還可以重複利用,直到最後飛到空調櫃機上、窗外、或者是某個不好惹的同學的書包裡它才壽終正寢。
從小,我們就開始研究怎麼讓紙飛機飛的距離遠,時間長,路徑花裡胡哨。有人會在紙飛機的頭折一個小角,有人會調整兩邊機翼的角度,現在說到底都是空氣動力學的計算成果。那麼,世界上飛得最遠的紙飛機是怎麼做出來的呢?
最基本紙飛機的折法,來源:維基百科
目前飛得最遠的紙飛機是Suzanne,飛了69.14米,相當於20層樓的高度。聽到這個不要感覺自己白玩了一個童年的紙飛機,這個可是由紙飛機設計大師John Colins設計的,我們還是比不過專業班子(攤手)。
John Colins設計的Suzanne紙飛機,來源:狂丸
Suzanne並沒有使用特殊的紙張或者任何輔助設備,能飛得遠全靠科學的摺疊設計。簡化模型,紙飛機是在扔出去瞬間的推力、空氣阻力、機翼切割空氣產生的升力和自身重力四力作用下不斷前進,直到速度減慢升力無法平衡重力時開始掉落。
紙飛機飛行的關鍵原理伯努利效應,來源:網絡
有關Suzanne的具體摺疊過程,這裡就不再詳細解釋。其方法相當容易,但難點是對飛機重心和機翼的微調。如果你能完美復刻這個紙飛機,並能找到一個橄欖球運動員(對,John找了一個運動員幫他扔飛機)作為投手,你沒準也能破這個世界紀錄。
03
棒棒糖
說起棒棒糖,大家應該都還記得每個學校旁邊必有的一個小賣部裡買的那種五角錢一個的棒棒糖。無論你是否喜歡吃甜食,每個人都多多少少吃過幾根或者幾十根或者幾百根。
當然,快樂可能不僅是在吃棒棒糖本身。每個棒棒糖的棒子上都有一個小孔,大多數情況下我們都會費盡心思把棒子咬扁,吃裡面的那個糖。有時候我們也會傻fufu地嘗試像吹哨子一樣吹它,但基本上一點聲音都沒有。所以,那個小孔有什麼用呢?
棒棒糖棒子上的小孔,來源:網絡
塑料棒的表面相對來說比較光滑,當糖果處在口中的溼潤環境下時,糖球和塑料棍的摩擦就會減小。而有了這個小孔後,製作棒棒糖時糖漿會流到塑料管裡面,冷卻後內外相連,這樣糖球就會牢牢地固定在塑料管的頂端了,就不用擔心糖球會滑落了。
棒棒糖,來源:網絡
當然,有些棒棒糖的小棍是環保紙棒,不容易把棒棒糖甩下來,也更環保和安全。這種棍子經過特殊的處理,提供了足夠的摩擦力,所以就不需要小孔的存在了。當然,如果你牙口足夠好的話,什麼棒棒糖都可以輕鬆做到糖棍分離的。