吳一諾

摘 要：家里和實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常需要梯子和小車，而且一個(gè)人能方便安全使用梯子或小車，能否把梯子和小車結(jié)合在一起？利用彈簧的伸長(zhǎng)與壓力成正比的原理對(duì)梯子進(jìn)行改進(jìn)，使重力起到自動(dòng)鎖定定位的作用。

關(guān)鍵詞：梯子小車；改進(jìn)；制作

一、研究背景

有一次，我外婆一個(gè)人站在凳子上掛窗簾，下來(lái)的時(shí)候一不小心踩空了，摔倒在地上，肩膀著地，造成了肩膀中的骨頭粉碎性骨折。媽媽也曾提到說(shuō)，她們學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)員站在凳子上拿器材時(shí)，人一傾斜，人和凳子都倒了，還造成骨折。經(jīng)過(guò)我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)，站在凳子上往高處拿放東西時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生意外。于是我就想：能否制造一個(gè)梯子，人既能平平穩(wěn)穩(wěn)走上走下，還能方便拿取東西？

后來(lái)我又發(fā)現(xiàn)，物理的儀器儲(chǔ)藏室到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)室有一定的距離，要把器材從儀器室搬到實(shí)驗(yàn)室比較麻煩，往往需要較長(zhǎng)時(shí)間，有時(shí)準(zhǔn)備一次學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)需要在儀器室和實(shí)驗(yàn)室來(lái)回幾十次。我們又想：能否制作一輛小車來(lái)運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)器材，并一次能運(yùn)輸很多器材？可實(shí)驗(yàn)室畢竟地方有限，能否把梯子和小車結(jié)合在一起，既可以當(dāng)梯子，又能夠當(dāng)小車使用呢？

二、研究思路

先去調(diào)查學(xué)校實(shí)驗(yàn)室器材的準(zhǔn)備和拿取情況，得知實(shí)驗(yàn)員拿放在高處的器材，大多是站在桌子上，或者站在凳子上去拿的，很不方便，也不安全。器材拿在手上，很多時(shí)候經(jīng)常人站不穩(wěn)。而且由于實(shí)驗(yàn)員只有一位，沒(méi)有人幫助扶住凳子，也曾有人因此摔倒。我們咨詢實(shí)驗(yàn)員需要怎樣的梯子？他們認(rèn)為現(xiàn)在市場(chǎng)上的梯子都不太合適，因?yàn)槭稚夏弥鞑?，上下梯子同樣不便?/p>

為了進(jìn)一步開(kāi)啟思路，我們利用周六的時(shí)間到路橋的裝飾城、五金城等各大商場(chǎng)尋找，也去超市、圖書(shū)館等實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在市場(chǎng)上梯子的形式比較多，有折疊的，有臺(tái)階的，有鋁合金做的，也有不銹鋼做的，有固定的，也有帶滑輪的，做得都比較輕巧。但它們有一個(gè)共同缺點(diǎn)，就是上下時(shí)都至少需要一只手扶住兩側(cè)的扶手。而臺(tái)階式的樓梯，由于上下兩格高度大，寬度小，如果不用雙手扶住兩側(cè)，很難上下。并且這些梯子都比較輕巧，需要有人在下面幫助扶著。超市和圖書(shū)館中的有滑輪的梯子可移動(dòng)，但是這樣問(wèn)題就來(lái)了，腳輪鎖定時(shí)人站在梯子仍會(huì)晃動(dòng)，遇到外力作用時(shí)還是會(huì)移動(dòng)，穩(wěn)定性不好，存在一定的安全隱患。

我們希望能研制出上下樓梯比較方便，并且不需要用手扶著的梯子小車。這樣，實(shí)驗(yàn)員能空出兩只手去拿取儀器，上下走動(dòng)比較容易且安全，而且能當(dāng)小車運(yùn)實(shí)驗(yàn)器材。

三、作品結(jié)構(gòu)

在梯子底部設(shè)置了帶腳輪的底座，底座與梯子之間通過(guò)彈簧連接，到人體或有重物壓在梯子上時(shí)，梯子壓縮彈簧使得梯子下降的支腳著地，而當(dāng)梯子沒(méi)有承重時(shí)梯子在彈簧的作用下處于懸空狀態(tài)，此時(shí)可以通過(guò)帶腳輪的底座推動(dòng)梯子移動(dòng)。

四、工作原理

利用重力起到自動(dòng)鎖定定位的作用，其原理是彈簧的伸長(zhǎng)與壓力成正比。壓力越大，彈簧壓縮得越多。在小車的四個(gè)角落安裝四只腳，與四個(gè)輪子相連的安裝彈簧。當(dāng)人站上去時(shí)，彈簧壓縮，隨著彈簧縮短，此時(shí)小車的四只腳與地面接觸，梯子就很穩(wěn)當(dāng)，不會(huì)移動(dòng)。當(dāng)人體走下梯子或撤去重物時(shí)，或者人體或重物的重量要輕于40kg，支撐腳則不會(huì)著地，梯子本體在彈簧的作用下自動(dòng)復(fù)位，此時(shí)梯子又可以自由移動(dòng)，可當(dāng)小車用。

制作小車時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)與輪子相連的彈簧很關(guān)鍵。我們?cè)谫?gòu)買前，先計(jì)算了彈簧的彈性系數(shù)，但是到五金店購(gòu)買的時(shí)候，老板說(shuō)，產(chǎn)品上沒(méi)有彈性系數(shù)，別人都是估計(jì)買的，我們購(gòu)買了三次才找到合適的彈簧，前兩次都由于選擇的彈簧鋼絲太小而力度不夠。

五、產(chǎn)品測(cè)試與結(jié)果

當(dāng)小車上沒(méi)有人或重物時(shí)，小車可以靈活推動(dòng)。當(dāng)人站上去后，小車不能滑動(dòng)，可以當(dāng)作梯子，且不需要手扶著。要使多重才能使小車不能轉(zhuǎn)動(dòng)，我們用了磚頭進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)堆積20塊磚頭（41 kg）時(shí)，小車的輪子發(fā)揮不了作用。我們讓體重45～90千克的人上去測(cè)試，均安全可靠。

人站在梯子的任何一個(gè)角度，做任何動(dòng)作，只要腳站在梯子上，該梯子小車不會(huì)滑動(dòng)，也不會(huì)側(cè)翻。

小車梯子的臺(tái)階比較寬，離地面有一定距離，實(shí)驗(yàn)器材放置比較簡(jiǎn)單，人站立時(shí)也不需要彎腰很低來(lái)取放實(shí)驗(yàn)器材，拉動(dòng)比較穩(wěn)固，不會(huì)下滑。

市場(chǎng)上賣的梯子沒(méi)有小車的功能，人上下梯子還至少一只手扶住梯子，取放實(shí)驗(yàn)器材很難操作。市場(chǎng)上的小車沒(méi)有梯子的功能，并且貨物位置很低，取放器材要彎腰進(jìn)行，人取放器材比較困難。本裝置不但擁有小車和梯子的功能，而且還能優(yōu)化原有的功能。

六、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)

1.創(chuàng)新性

本裝置利用重力起到自動(dòng)鎖定定位的作用，設(shè)計(jì)合理并且巧妙，梯子的定位無(wú)需人工操作，使用更加方便。其結(jié)構(gòu)是小車四只腳邊上安裝彈簧。當(dāng)人踩上去的壓力增大，彈簧壓縮，四個(gè)輪子隨著彈簧縮短，輪子與地面沒(méi)有受力，小車的四只腳與地面接觸，使得輪子不能發(fā)揮作用，四只腳與地面受力，梯子很平穩(wěn)。人下來(lái)，壓力減少，彈簧恢復(fù)原狀，小車四只腳離開(kāi)地面，輪子能靈活滑動(dòng)。

2.科學(xué)性

本裝置是利用受壓力后彈簧發(fā)生形變后變短引起的。小車本身重36 kg，當(dāng)壓力再增加到40 kg時(shí)，彈簧縮短了1厘米，而四個(gè)角落地。

3.實(shí)用性

這個(gè)新型的梯子小車既能當(dāng)小車又能當(dāng)梯子。當(dāng)小車時(shí)，推行方便，進(jìn)退自如。當(dāng)梯子不需外人幫助，就能方便上下，并能安全使用，能使實(shí)驗(yàn)員的實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備更加快捷。

七、進(jìn)一步完善的構(gòu)想

1.減少梯子小車的質(zhì)量，嘗試用鋁合金代替鐵。本梯子小車是用鋼材做的，因?yàn)橹谱鲝S認(rèn)為鋁合金不易焊接，要焊接只能用鐵才能制成。我們思考用釘子之類能否把它做成呢？

2.小車的寬度要縮小到60厘米，這樣更加靈巧，特別在門口及轉(zhuǎn)彎時(shí)候使用起來(lái)更加靈活，方便。