用三浦摺紙法,瞬間讓紙面積減少25倍,你知道咋折嗎

 2018-06-09

讓孩子像科學家一樣思考,像工程師一樣解決問題

文:科學奶爸 | 視頻:科學奶爸

BGM:Jay Hifive - The Light

小朋友及大朋友們,晚上好!又到了今天的【科學大發現】時間了,我們的口號是「小實驗大科學」。現在,你們準備好和我一起探索神秘的科學世界了嗎?讓我們變身科學小偵探,開啟今天的科學任務吧!

如果你有幸觀察過蜻蜓從幼蟲變成成蟲的過程,你是否產生過這樣的疑問:蜻蜓的大翅膀是怎麼摺疊在小小的軀殼中呢?今天,我們就帶著這個疑問,通過一個小實驗來進一步探究吧~

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蜻蜓翅膀摺疊和舒展。圖片源於網絡


領取任務卡

【今日任務】探索蜻蜓翅膀摺疊舒展背後科學原理。

【實驗目標】激發孩子好奇心,培養科學思維方法。


實驗所需材料

A4紙1張、彩鉛2支、直尺1把

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實驗操作步驟

1. 將A4紙長邊7等分、短邊5等分。然後,沿短邊折成手風琴狀。接著,沿著長邊以一定角度摺疊,確保邊線平行。

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2. 按照下圖將折線標記出不同顏色。

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3. 標記為紅色的摺痕凸起摺疊,標記為綠色的摺痕凹陷摺疊。

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4.捏住A4紙的兩個對角拉伸或收縮,可以將A4紙展開或摺疊。

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現象及原理分析

通過上面的實驗我們發現,經過有序摺疊,我們可以瞬間將整張A4紙摺疊在一個小小的空間內,面積比A4紙小了幾十倍。

這種摺紙法也稱為三浦摺紙法。如果你仔細觀察,會發現摺痕構成的圖形並不是方形,而是平行四邊形。而且,從一個摺痕的交點出發,凸起摺痕和凹陷摺痕數量之間的差值始終為2。這是所有平面摺紙遵循的一個定理,即前川定理。按照這種方法摺疊,摺疊後的面積僅為摺疊前的25分之1。如果我們徒手摺一張紙,一般只能折20到30步,但是用基於前川定理寫成的程序來建模,將一張紙折成百上千步也沒問題。

這種方法被廣泛應用到各個領域,比如汽車安全氣囊、心臟支架、摺疊玩具等。同時,也被應用到航空領域,比如人造衛星的太陽能板,通過這種摺疊方法,既節省空間,又收放自如。

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人造衛星太陽能板。圖片源於網絡


實驗注意事項

可使用其他尺寸紙張代替A4紙。實驗過程中需大人全程陪伴,不能讓孩子單獨操作,確保安全。

免責申明:科學實驗含一定的操作風險,請家長陪同孩子嚴格按照實驗步驟操作並仔細留意本實驗注意事項,實驗過程中發生的任何安全事故,與魔力科學小實驗公眾號無關。

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