童年玩具大揭秘:“魔术翻板”到底是怎么翻身的?

           

儿童节是最适合回忆童年的日子,而回忆童年,自然少不了玩具。那些看起来效果神奇,甚至让人百思不得其解的小玩具,背后都藏着怎样的工作原理?今天就来为大家集中揭秘

魔法变色笔 

会变色的水彩笔曾让童年的我深深着迷,但又深感疑惑。这种成套出售的彩笔中包含一支专门用来变色的笔:它自身没有颜色,但只要画到其他彩笔的笔迹上,就会产生魔法般的色彩变化。

童年玩具大揭秘:“魔术翻板”到底是怎么翻身的?

会变色的“魔法笔” | 作者拍摄

这里的“魔法”其实是酸碱与氧化还原反应。那支没有颜色的笔含有两种关键成分:碱和亚硫酸盐。这两样东西会改变其他彩笔中染料分子的结构,进而让颜色发生变化。

彩笔的变色效果是混合多种染料实现的。例如,从蓝色变成黄色的笔中含有两种染料:第一种初始颜色是蓝色,它会与亚硫酸根离子反应变成无色状态;另一种染料一开始是无色的,而它在碱性环境下会改变结构,变成明亮的荧光黄色。

翻板玩具 

在各大公园和景区,流传着一种神秘的翻板玩具。拎起一长串翻板,把最上面的一个颠倒过来,就引发了翻板的连锁反应。它看起来似乎十分简单,但又有点让人捉摸不透。

童年玩具大揭秘:“魔术翻板”到底是怎么翻身的?

神秘的翻板玩具,你可能也玩过它 | Keith's Toy Box

这种翻板玩具有相当长的历史,虽然不清楚最早的起源,但至少在1889年的《科学美国人》杂志上,就已经刊登了它的图解。翻板之间的连接方式使得它从两侧都可以打开,正是这种特性制造出了逐个下翻的效果

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1889年刊登在科学美国人杂志上的翻板玩具图解

如果你对这种玩具产生过疑惑,就来看视频了解下它的制作过程吧:

霹雳球 

这大概是最刺激的怀旧玩具:只要把两个小球用力碰撞,就会听到一声巨响,还伴随着火药般的气味。

 

演示视频:发出强烈声响的“霹雳球” | flinnsci

这种陶瓷小球表面的涂层含有氯酸钾、硫、玻璃粉以及粘合剂。当撞击能量足够强时,碰撞局部会引发化学反应,这反应就是强烈声响与硫磺气味的来源

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“霹雳球”通过碰撞引发局部小规模的化学反应 | flinnsci

变色戒指 

戴上就会变幻颜色的戒指/项链,现在依然有不少地方在出售这种神奇的小饰品。

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会随温度变色的“心情戒指” | Anne Helmenstine

这种绚丽的变色效果源于透明外壳中封装的热致变色材料——确切地说,这里使用的是热致变色的液晶材料。这种戒指常被称为“心情戒指”,但它并不能反映人的情绪,影响材料颜色的唯一因素就是温度。

除了液晶材料,也有一些温感变色是通过改变化学平衡和染料分子结构实现的,这种情况一般只能在两种颜色状态之间切换。

等离子球 

只要接通电源,等离子球中就会上演一场迷幻的光影秀。一直盯着它看,就会觉得自己仿佛要被吸进异世界去……

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等离子球(Plasma globe),一种没啥用但十分酷炫的玩具 | wikipedia

这种玩具原理与霓虹灯基本相同。球形玻璃罩内充有低压稀有气体,中心是高压电极,气体被电离、激发进而发光。发光的颜色由气体种类决定,常见版本一般是95%氖+5%氙,产生橙红色和蓝色的光。

附加玩法:如果你家还能找到荧光节能灯管,把它靠近接通电源的等离子球也可以发光~

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荧光节能灯管靠近等离子球时会发光 | 作者拍摄

喝水鸟 

一只玻璃管做成的小鸟,只要放到水杯前并事先把嘴润湿,就可以自动俯下身子“喝水”。这么神奇,难道是永动机实现了?

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会自行“喝水”的玩具小鸟 | exploratorium.edu

当然,这肯定不是什么永动机。它是一种依靠水分蒸发驱动的小装置,水没有了就会停下来。

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喝水鸟原理图解 | 作者制图

小鸟的肚子里装着低沸点、易挥发的液体,玻璃管中抽走了空气,充满管内的是液体挥发产生的蒸气。鸟头上覆盖着与鸟嘴相连的吸水毛毡,把鸟嘴浸入水中,就可以浸湿鸟头。小鸟头部水分蒸发会导致局部降温,这样一来,鸟头内部的蒸气压就会下降,于是“肚子”里的液体沿着内部的玻璃管上升。上升的液体改变重心,让小鸟向着水杯倒了下去。倾倒之后,液体又会流回肚子,并使上下部分气压重新变得平衡。如此循环,就造成了小鸟喝水的效果。

消失墨水 

有些玩具是专为整人而生的——比如这种会消失的蓝墨水。把深蓝色的墨水滴到衣服上一定会让妈妈崩溃,不过幸好,只要等上几分钟时间,它的颜色就会自动消失。

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动图为加速版,实际需要几分钟时间 | 作者拍摄

这种消失墨水的颜色来自一种酸碱指示剂。它叫百里酚酞,在pH较低时为无色,在pH10以上的环境下显示蓝色。最初的墨水溶液一般pH值为10-11,此时墨水显示深蓝色。而当墨水被涂到纸上或者衣服表面时,墨水中的碱会开始与周围环境中的二氧化碳反应,中国民生网,逐渐转化成碳酸盐。这样一来,溶液的碱性就会变弱,跨过百里酚酞的变色点,于是在放置的过程中蓝色就会逐渐消失,变成无色的样子。

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百里酚酞的变色范围 | Wikipedia

指尖平衡鸟 

这可能是世上最辛苦的小鸟:它不仅要用自己的嘴支撑身体的全部重量,还整天被好奇的小朋友们戳来戳去……

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还记得它吗?| Bruce Yeany

这种小玩具可以在支架或人的手指尖轻松地保持平衡,即使触碰干扰它,小鸟也依然能保持平稳。保持平衡的关键在于调整重心的位置,让装置重心位于支点的正下方。小鸟的身体和尾巴一侧看起来似乎偏离支点更多,但那部分其实质量很轻,完全可以与翅膀中的配重保持平衡。

时至今日,我仍然时常想起童年的玩具。或许真正值得怀念的并不是玩具本身,而是那些无忧无虑、对世界充满好奇的时光吧。即使长大成人,也依然想暂时停下生活,重新回到玩具的奇异世界当中。

对你来说,充满回忆的玩具是哪一种呢?一起来评论区聊聊吧。

参考文献

[1] 

[2] https://www.cpepweb.org/ptct/data/ElectricFieldNearPlasmaGlobe-Teachers.pdf

[3] https://www.flinnsci.com/api/library/Download/92b852394be44e98bde8f1e5f12f48ac

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