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用三浦折纸法,瞬间让纸面积减少25倍,你知道咋折吗

文:科学奶爸 | 视频:科学奶爸

BGM:Jay Hifive – The Light

小朋友及大朋友们,晚上好!又到了今天的【科学大发现】时间了,我们的口号是“小实验大科学”。现在,你们准备好和我一起探索神秘的科学世界了吗?让我们变身科学小侦探,开启今天的科学任务吧!

如果你有幸观察过蜻蜓从幼虫变成成虫的过程,你是否产生过这样的疑问:蜻蜓的大翅膀是怎么折叠在小小的躯壳中呢?今天,我们就带着这个疑问,通过一个小实验来进一步探究吧~

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蜻蜓翅膀折叠和舒展。图片源于网络

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【今日任务】探索蜻蜓翅膀折叠舒展背后科学原理。

【实验目标】激发孩子好奇心,培养科学思维方法。

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实验所需材料

A4纸1张、彩铅2支、直尺1把

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实验操作步骤

1. 将A4纸长边7等分、短边5等分。然后,沿短边折成手风琴状。接着,沿着长边以一定角度折叠,确保边线平行。

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2. 按照下图将折线标记出不同颜色。

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3. 标记为红色的折痕凸起折叠,标记为绿色的折痕凹陷折叠。

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4.捏住A4纸的两个对角拉伸或收缩,可以将A4纸展开或折叠。

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现象及原理分析

通过上面的实验我们发现,经过有序折叠,我们可以瞬间将整张A4纸折叠在一个小小的空间内,面积比A4纸小了几十倍。

这种折纸法也称为三浦折纸法。如果你仔细观察,会发现折痕构成的图形并不是方形,而是平行四边形。而且,从一个折痕的交点出发,凸起折痕和凹陷折痕数量之间的差值始终为2。这是所有平面折纸遵循的一个定理,即前川定理。按照这种方法折叠,折叠后的面积仅为折叠前的25分之1。如果我们徒手折一张纸,一般只能折20到30步,但是用基于前川定理写成的程序来建模,将一张纸折成百上千步也没问题。

这种方法被广泛应用到各个领域,比如汽车安全气囊、心脏支架、折叠玩具等。同时,也被应用到航空领域,比如人造卫星的太阳能板,通过这种折叠方法,既节省空间,又收放自如。

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人造卫星太阳能板。图片源于网络

实验注意事项

可使用其他尺寸纸张代替A4纸。实验过程中需大人全程陪伴,不能让孩子单独操作,确保安全。

免责申明:科学实验含一定的操作风险,请家长陪同孩子严格按照实验步骤操作并仔细留意本实验注意事项,实验过程中发生的任何安全事故,与魔力科学小实验公众号无关。

关注微信公众号:魔力科学小实验(ID:kexuebb),每天1个儿童科学视频,激发孩子好奇心,培养动手创造力!

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