吳一諾

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

關鍵詞：梯子小車；改進；制作

一、研究背景

有一次，我外婆一個人站在凳子上掛窗簾，下來的時候一不小心踩空了，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，她們學校的物理實驗員站在凳子上拿器材時，人一傾斜，人和凳子都倒了，還造成骨折。經(jīng)過我們調查發(fā)現(xiàn)，站在凳子上往高處拿放東西時經(jīng)常會發(fā)生意外。于是我就想：能否制造一個梯子，人既能平平穩(wěn)穩(wěn)走上走下，還能方便拿取東西？

后來我又發(fā)現(xiàn)，物理的儀器儲藏室到學生的實驗室有一定的距離，要把器材從儀器室搬到實驗室比較麻煩，往往需要較長時間，有時準備一次學生的分組實驗需要在儀器室和實驗室來回幾十次。我們又想：能否制作一輛小車來運輸實驗器材，并一次能運輸很多器材？可實驗室畢竟地方有限，能否把梯子和小車結合在一起，既可以當梯子，又能夠當小車使用呢？

二、研究思路

先去調查學校實驗室器材的準備和拿取情況，得知實驗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，很多時候經(jīng)常人站不穩(wěn)。而且由于實驗員只有一位，沒有人幫助扶住凳子，也曾有人因此摔倒。我們咨詢實驗員需要怎樣的梯子？他們認為現(xiàn)在市場上的梯子都不太合適，因為手上拿著器材，上下梯子同樣不便。

為了進一步開啟思路，我們利用周六的時間到路橋的裝飾城、五金城等各大商場尋找，也去超市、圖書館等實地調查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在市場上梯子的形式比較多，有折疊的，有臺階的，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。但它們有一個共同缺點，就是上下時都至少需要一只手扶住兩側的扶手。而臺階式的樓梯，由于上下兩格高度大，寬度小，如果不用雙手扶住兩側，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。超市和圖書館中的有滑輪的梯子可移動，但是這樣問題就來了，腳輪鎖定時人站在梯子仍會晃動，遇到外力作用時還是會移動，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，實驗員能空出兩只手去拿取儀器，上下走動比較容易且安全，而且能當小車運實驗器材。

三、作品結構

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

四、工作原理

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

制作小車時，我們發(fā)現(xiàn)與輪子相連的彈簧很關鍵。我們在購買前，先計算了彈簧的彈性系數(shù)，但是到五金店購買的時候，老板說，產(chǎn)品上沒有彈性系數(shù)，別人都是估計買的，我們購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)品測試與結果

當小車上沒有人或重物時，小車可以靈活推動。當人站上去后，小車不能滑動，可以當作梯子，且不需要手扶著。要使多重才能使小車不能轉動，我們用了磚頭進行測試，發(fā)現(xiàn)當堆積20塊磚頭（41 kg）時，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試，均安全可靠。

人站在梯子的任何一個角度，做任何動作，只要腳站在梯子上，該梯子小車不會滑動，也不會側翻。

小車梯子的臺階比較寬，離地面有一定距離，實驗器材放置比較簡單，人站立時也不需要彎腰很低來取放實驗器材，拉動比較穩(wěn)固，不會下滑。

市場上賣的梯子沒有小車的功能，人上下梯子還至少一只手扶住梯子，取放實驗器材很難操作。市場上的小車沒有梯子的功能，并且貨物位置很低，取放器材要彎腰進行，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、實驗創(chuàng)新點

1.創(chuàng)新性

本裝置利用重力起到自動鎖定定位的作用，設計合理并且巧妙，梯子的定位無需人工操作，使用更加方便。其結構是小車四只腳邊上安裝彈簧。當人踩上去的壓力增大，彈簧壓縮，四個輪子隨著彈簧縮短，輪子與地面沒有受力，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，壓力減少，彈簧恢復原狀，小車四只腳離開地面，輪子能靈活滑動。

2.科學性

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，當壓力再增加到40 kg時，彈簧縮短了1厘米，而四個角落地。

3.實用性

這個新型的梯子小車既能當小車又能當梯子。當小車時，推行方便，進退自如。當梯子不需外人幫助，就能方便上下，并能安全使用，能使實驗員的實驗器材準備更加快捷。

七、進一步完善的構想

1.減少梯子小車的質量，嘗試用鋁合金代替鐵。本梯子小車是用鋼材做的，因為制作廠認為鋁合金不易焊接，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，特別在門口及轉彎時候使用起來更加靈活，方便。