科技小制作：磁力步枪   ——极客迷（）

　　“磁力步枪”这个名字听起来有点吓人，其实说成“磁力加速装置”更贴切一些，不过耸人听闻的标题总是更加受欢迎。

　　图片来自一个美国的网站，台湾的教学网站上也有。装置是这个样子的：

　　一根带凹槽的木质直尺，四个立方体的稀土材料高强度磁铁，也就是钕铁硼磁铁固定在直尺上，每个磁铁后面都吸引了2个钢球。

　　用手推动一个钢球(球1)慢慢接近磁铁(单元1)，足够靠近的时候，球1就会被单元1的立方体磁铁吸引过去。接下来，不可思议的一幕发生了。

　　如下面动画：

　　我们看到，球1碰撞单元1，导致球2射出;球2以更高的速度碰撞单元2，使球3射出;球3以比球2更高的速度碰撞单元3，使球4射出;球4以比球3更高的速度碰撞单元4，使球5射出。而此时球5的速度大到惊人，象子弹一样冲向目标，因此把这个装置叫做“磁力步枪”绝对不为过。

　　如此神奇的现象是怎样发生的呢?我们先要理解一个基本定律：动量守恒。

　　下面这个装置很好地阐释了动量守恒的原理：

　　这个装置叫“牛顿撞球”或“牛顿摆”，很多礼品店里都有卖。因为虽然它本来只是一种实验装置，但是很有趣，当做装饰品把玩也是很有意思的。

　　细绳悬挂着的5个钢球质量、密度和几何外形都是一致的，而且它们的重心都在一条水平直线上。我们把最左边的钢球拉起来，然后松手，让它自然下摆，撞击其它 4个球。看到的现象是，最左边的球撞击之后并没有向后反弹，而是直接停住，象跟中间3个球粘在一起似地，只有最右边的钢球动了，向右上方摆动。当右边的钢球摆回来的时候，现象跟刚才一样，中间3个球不动，只有最左边的球向左上方摆动。如此往来反复，非常有趣。

　　可以用动量守恒定律来解释牛顿摆：在没有外力作用的时候，整个系统的动量是不变的，当左侧的钢球摆下来，撞击其它4个球的时候，因为它们的质量和几何外形一致，而且重心在同一水平线上，所以动量完全传递给了最右侧的球。

　　而磁力加速器的情况即是这样。钢球1被单元1的磁铁吸引，以一定的速度撞击到单元1上，因为球2跟球1完全一样，且重心在同一水平线上，所以球1的动量几乎完全传递给了它。我们还要注意到，钢球2的位置在两个磁铁的正中，因此受到两边的吸引力互相抵消，它几乎是自由的，不受力。这样它就以1的速度射向单元 2的磁铁，或者说它几乎完全得到了1的动能。中间由于磁铁的吸引力做功，当它撞上磁铁的时候，动能已经加倍了。

　　当钢球2碰到单元2上的磁铁，依据动量守恒定律，于是钢球3以2倍于钢球1的动能射出，等它撞上单元3的时候，由于单元3的磁铁吸引力做功，它的动能已经3倍于钢球1。

　　可见，每经过一次加速过程，射出的钢球的动能都增加一倍，最后钢球5以四倍于钢球1的动能射出，速度已经大到肉眼快看不清楚了!

　　说了这么多，不知大家对这种磁力加速装置的原理理解了多少。总之记住“动量守恒”和“磁力做功增加钢球的动能”，透彻地理解它也不是很难的事情。