探究伞的奥秘　　

永安中学:曹原     指导教师:杨坪　　

研究背景：　　

学了机械与人后，我对机械产生了浓厚的兴趣，伞是生活中的常见机械，强烈的好奇心让我开始了研究。　　

伞的基本结构：　　

伞骨和伞柄是伞的支撑架，是伞中的机械结构。　　

研究目的：　　

增进对机械的了解，锻炼分析能力，学会关注生活中的物理，学会运用物理知识　　

关键知识：弹力，杠杆原理　　

我的分析：　　

一，伞柄是可伸缩的　　

如图1，当你把伞拉长时，上一段伞柄凸起的金属块会被另一段凹进去的金属管挡住，于是你不用担心会把它完全拉开。而且金属块只能在金属管凸起的地方移动，使金属管和伞上的开关不能任意转动。当你把伞撑开时，你会发现几个小圆球，用力按它，它还会自动弹起。其实，如图2，当你撑伞时，金属管移动，小球正对管上的孔，于是被弹性金属片弹上去(其实球和金属片是连在一起的)，此时伞柄固定。　　

二，伞柄上的开关　　

如图3，BD为弹簧，撑伞时C点下面的凸起物被弹簧压进小孔，伞被固定。对B点施加压力时，C点被迫抬起，伞可移动。金属丝穿过支撑架端点的小孔并把支撑架串起来固定在开关上的缺口处。　　

三，伞骨上的支撑架　　

     图4为收缩状态。以BN为参照物。当M点向下移动时，M点受向右下方的力，以B点支点，所以D点受向左上方的力，又因为E点受到AE的牵拉和支持，所以E点受到向左上方的力，且E点向左上方运动。以D点为支点，因为E点受向上方的力，所以G点受向下方的力。以G点支点，因为F受到向右下方的支持力,所以H点受到向左上方的力。所以伞收拢。　　

图5为伸张状态。受力情况与收缩状态差不多。当对H点施加向下的力时，F点受向上的力，C点受到向左的力，M点受到向左上方的力，与伞柄的支持力是一对平衡力。对H点施加向上的力，由于BD对CF的支持力，GD被折弯产生弹力，以G点为支点，H点受到向上的弹力，与对H点施加向上的力是一对平衡力。G点受向上的力，与E点所受支持力平衡。G点受向下的力，则与E点所受牵引力平衡。所以支撑架固定。在我以为探索已经接近尾声时，我又发现了一种现象：当MN的长度足够小时，以MD为参照物，BN受到向左下方的力，且EA受到BN向左下方的牵引力，FC受到BD的牵引力，所以可移动的四边形CDFG变为具有稳定性的三角形（因为当CF与FG平行时，CG的长度最大，角CDG最大），此时为了证明DG弯曲，我想出了两种证法：如图6和图7（1）由于CF无法被拉长，CD的长度也无法改变，所以随着角CDG变大，角DCG变小，DG受CG的压力，DG会弯曲（即线段DG变小。）　　

（2）假设DG不弯曲，CG变长，那么CG会对DG施加弹力,结果是DG变弯　　

拓展：我发现了DG会弯曲，用数学知识，SSS公理可得，三边长度固定的三角形角的度数是一定的，但不了解其物理原因，因为这好像隐含三角形稳定性的物理原理，以我的知识面，根本无法解决，希望在以后的探索中能找到答案 　　

不明白的问题：（1）DG变弯后，受力的变化。　　

                    （2）三角形稳定性的物理原理。　　

                    （3）金属管的粗细和长短的意义。　　

                    （4）金属管两处弯曲的作用。　　

结论：生活中的物理十分有趣，简单现象也有无数的难题，希望在以后的探索中了解更多的知识，获得更多的乐趣！　　

教师评语：从伞的结构分析伞的物理原理，通过画图逐步探究，揭示了包括弹力，杠杆，以及三角形的稳定原理，具有探索精神。