走馬燈為何能“走”起來？

走馬燈是我國傳統燈籠的一種，通常在春節、元宵節、中秋節等重大節日懸掛，用來增添節日的氣氛。點亮走馬燈時，燈籠內部的騎馬人物開始旋轉，看起來就像是馬兒在奔跑，仿佛在進行一場追逐賽，給人帶來視覺上的享受和節日的歡樂。那么，走馬燈是如何讓這些馬兒“跑起來”的呢？這還得從走馬燈的構造說起。

（圖片來源：網絡）

走馬燈的構造

走馬燈的構成主要包括燈籠外殼、轉軸、支撐結構和裝飾部分。燈籠外殼通常由紙、竹篾或布料制成，外觀上裝飾有色彩豐富的圖案，既具美觀性，又便于透光。轉軸位于燈籠的頂部，是支撐燈籠旋轉的關鍵部件，通常由輕巧的材料如竹篾或金屬制成。底部則設置了支撐結構，確保整個燈籠懸掛或固定時保持平穩。

宮燈式走馬燈的組裝方式（圖片來源：[1]）

除此之外，燈籠外還常常附有各種節慶裝飾，如花鳥、福字等，增強節日氣氛。那么，古代沒有電機，走馬燈是如何自動旋轉起來的呢？

走馬燈的原理

這背后其實有著非常有趣的力學原理。走馬燈的旋轉主要依賴于空氣流動、重心不穩以及轉動軸的作用。

1.熱氣流與對流作用

傳統的走馬燈往往是由蠟燭或小型燈泡提供光源。點燃蠟燭后，蠟燭的火焰會加熱周圍的空氣，使空氣變得輕盈并開始上升。根據熱力學中的原理，熱空氣會上升，而較冷的空氣則會向下流動，形成對流循環。當蠟燭下方的空氣上升時，它會推動燈籠內的空氣流動，進而帶動燈籠轉動。

走馬燈內部的熱對流示意圖（圖片來源：[2]）

這種自然的空氣流動所形成的上升氣流，和下降的冷空氣共同作用，使得走馬燈能夠在沒有外力干預的情況下自行旋轉。這種利用空氣的流動和對流的方式，使得走馬燈在旋轉時既具趣味性，也充滿了節日的氣氛。

2.不穩定的重心與軸心作用

走馬燈的旋轉還與其結構設計密切相關。走馬燈的中心通常設置一個轉軸，這個轉軸是支撐燈籠旋轉的關鍵部件。為了確保燈籠能夠穩定旋轉，轉軸的設計需要具備良好的平衡性。轉軸一般固定在燈籠的上方，并且需要保證燈籠整體重心的偏移。當燈籠開始旋轉時，重心不穩定會在一定程度上產生一個力矩，進而促進旋轉。

（圖片來源：[2]）

此外，走馬燈的燈身設計通常采用輕巧的紙質或竹制材料，這樣可以減少旋轉時的慣性力，保證旋轉的順暢與持續。由于燈身不重且結構簡潔，當空氣對流形成的上升氣流與燈籠重心不穩定的力量相結合時，燈籠便能自然而然地旋轉。

3.自由旋轉與空氣的相互作用

走馬燈的旋轉并不是持續不斷的，它會受到空氣流動和蠟燭火焰變化的影響。例如，當蠟燭燃燒不穩定時，旋轉速度可能會減慢或加速。與此同時，風速的變化也會影響走馬燈的旋轉。走馬燈的設計巧妙地結合了空氣流動的自然規律，使其在不同環境下能夠表現出不同的旋轉效果。

如何自制走馬燈？

自制走馬燈不僅是一項有趣的手工活動，還能幫助你更好地理解其工作原理。以下是自制走馬燈的步驟，感興趣的小伙伴可以根據這些簡單的指導，打造一個屬于你的獨特走馬燈。

1.準備材料

制作走馬燈所用到的材料包括：2個紙杯（最好選用厚一點的紙杯，以確保穩定性）、裁紙刀、記號筆、金屬絲（用于支撐結構）、蠟燭（作為熱源）。

2.制作紙杯扇葉

首先，取一只紙杯，使用記號筆在杯身上畫出一系列均勻間距的豎線。接著，用裁紙刀小心地沿這些豎線裁開。在每條豎線靠近紙杯底部的一端，畫出一條垂直的短線，形成倒置的“L”形。沿這些短線裁開后，將這些紙片小心地向外折疊，形成一定的傾斜角度。這些折疊的紙片就是走馬燈旋轉時的扇葉，它們會在熱氣流的推動下開始旋轉。

（圖片來源：[3]）

3.制作支撐架

取另一只紙杯，在其杯身中部對稱地打三個小孔。然后將金屬絲穿過這些孔，利用金屬絲將兩只紙杯固定在一起，并確保它們的連接穩固。金屬絲的末端需要向上延伸，形成一個尖銳的支點，用于支撐第一只紙杯。接著，用裁紙刀小心地挖開紙杯的底部，以便于放置蠟燭，充當熱源。

（圖片來源：[3]）

4.完成組裝與測試

最后，將制作好的紙杯固定在金屬絲支架上，確保紙杯可以平穩地懸掛。點燃蠟燭，并將紙杯的“煙囪”底座輕輕套在蠟燭周圍。蠟燭的火焰產生的熱氣流會促使紙杯內的空氣上升，從而推動紙杯開始旋轉。當熱空氣通過紙杯的扇葉時，旋轉會更加平穩。請注意，確保蠟燭和紙杯保持安全距離，避免因過熱引發火災。

（圖片來源：[3]）

通過了解走馬燈的工作原理，我們不僅能更加欣賞它的美麗，還能通過動手制作走馬燈，體驗其中的樂趣與創造力。無論是作為節日裝飾，還是作為親子活動的一部分，走馬燈都是一個值得我們傳承與享受的傳統藝術。

參考文獻

[1]https://mp.weixin.qq.com/s/ljyYgtaX0H35v-bfXCfq7w

[2]https://mp.weixin.qq.com/s/j_WwvGttV_S69yDFaNcmkg

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/JW480svzr55-f0RUElW1YQ

[4]https://mp.weixin.qq.com/s/fKV2MCJcd1bqkToptELmFw

[5]https://mp.weixin.qq.com/s/dK3ER3ZUzobkLmPZIJ36fA

來源：力學科普

編輯：zzz

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