太令人驚奇!一臺(tái) 沒(méi)有 發(fā)動(dòng)機(jī)卻能自行轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)器!如圖,一塊彎月形的透明有機(jī)玻璃架板3的二頭分別裝一大一小二個(gè)鋁制定滑輪1和2。二滑輪間繞有一圈細(xì)金屬絲4作為傳動(dòng)帶:任何一個(gè)滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)另一個(gè)滑輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)。二滑輪中心都裝有微型滾珠軸承,以減少摩擦。整個(gè)裝置的構(gòu)造,就這么一目了然,沒(méi)有任何其他隱蔽的奧秘。 將本裝置的小滑輪浸入一杯70 左右的熱水中,(由電熱水器開(kāi)出的熱水正好合用),使小滑輪下部浸入水中3-6mm。撥動(dòng)大滑輪助其起動(dòng)。放手后,大小滑輪將快速轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),蔚為奇觀!經(jīng)測(cè)定,小滑輪的轉(zhuǎn)速達(dá)600轉(zhuǎn)/分以上。其奧秘在于那圈作為轉(zhuǎn)動(dòng)帶的細(xì)金屬絲!這根金屬絲是一種形狀記憶合金絲 鎳鈦合金絲。經(jīng)處理的形狀記憶合金有一個(gè)特定的轉(zhuǎn)換溫度,在這個(gè)轉(zhuǎn)換溫度以下,合金絲可彎曲成任何形狀,顯現(xiàn)出可塑性。一旦合金絲的溫度超過(guò)轉(zhuǎn)換溫度,它將力圖恢復(fù)處理時(shí)的成形的形狀,顯現(xiàn)出彈性。本裝置中的記憶合金絲的轉(zhuǎn)換溫度是53℃。當(dāng)小滑輪的那段合金絲浸入70 左右的熱水中時(shí),熱水中的那小段合金絲將力圖變直。但由于整圈合金絲是繃在大小二滑輪上的(如圖),故浸在熱水中那小段合金絲要變直的唯一途徑是隨小滑輪轉(zhuǎn)過(guò)一角度。也就是說(shuō)若不予人力助動(dòng),通常小滑輪和合金絲都不會(huì)轉(zhuǎn),處于平衡狀態(tài)。但這種平衡是不穩(wěn)定的:一旦稍加擾動(dòng),由于那小段受熱的合金絲力圖變直,它就會(huì)向右上方或左上方轉(zhuǎn)去,同時(shí)帶動(dòng)小滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)。這種轉(zhuǎn)動(dòng)又將帶動(dòng)相鄰一小段冷合金絲進(jìn)入熱水 如此周而復(fù)始,滑輪將持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),直到水漸漸冷卻到接近合金絲的轉(zhuǎn)換溫度時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。顯然本形狀記憶合金發(fā)動(dòng)機(jī)作為一種簡(jiǎn)單而富有魅力的熱機(jī),適用大、中、小學(xué)物理和科學(xué)課程有關(guān)熱機(jī)的教學(xué),演示熱能轉(zhuǎn)化為
機(jī)械能;也適用于作為大學(xué)和高中力學(xué)課程中關(guān)于穩(wěn)定和不穩(wěn)定平衡的教學(xué)事例。當(dāng)然,本發(fā)動(dòng)機(jī)更十分適合于華師版2和人教版高中物理選修課程及浙教版初中科學(xué)課程3中有關(guān)形狀記憶合金章節(jié)的教學(xué)。