木摇铃和原理示意图。
手摇杆
向心力
摩擦碰撞
放大声音
体操健将和原理示意图。
整体结构是物体运动中的双摆。
小磁铁片
同性相斥
磁铁片
底端电池加强磁力
鸟形陶笛和原理示意图。
有了水能发出另一种声音
发出一种声音
热水
里面气压高
外部气压低
气压就会把水挤压出来
撒尿小人和原理示意图。
轴承很光滑
两边体重一样
摇摆海豚和原理示意图
夫子庙，南京玩具零售最集中的区域之一。年轻父母知道，这里的电动玩具一年比一年高档，而热销多年的却是一批“老玩具”。说它们“老”，并非因为年代久远，而是它们结构简单，价格低廉，有的手工就能做出，与日益复杂的电子玩具相比，显得颇“寒酸”。不过，老玩具们设计精巧，蕴含的都是来自民间的智慧。虽然都是给孩子们玩的，可里面的“花头经”大人也未必能说上来。本报记者邀请南京物理学会副会长黄凯，为你破解其中的奥秘。如果你家有这种有趣的小玩具，也可与本报联系。电话：96096或86854692扬子晚报记者 张可 文/摄
老玩具一
木摇铃：小身材却有一副大嗓门
价格：每只2元地点：夫子庙步行街西门
从夫子庙步行街的西门出来，就能看到不少大妈站在路边摇“铃”，“咯噔咯噔”，声响很大，在几米外就能听见，放在眼前就非常刺耳，引来不少好奇的游人上前一探究竟。这种玩具叫“木摇铃” ，每只售价为2元。与常见的铃铛不同，这种“摇摇乐”是木绳结构的。它的主体是一根短木棍，木棍的一头由尼龙细绳拴起来，另一头拴着几毫米长的小木条，用来连接圆柱体“铃铛”。铃铛外形圆柱体，只有拇指大小。
一手抓着木棍的底端摇动，木桶形的“铃铛”开始旋转，“咯噔”的声音就从“木桶”里传来，非常刺耳，为何它的动静这么大？
黄凯：结构像一个小“功放”摇动时发出的“咯噔”巨响，来源于那几毫米长的小木条与拇指大小的铃铛。他解释说，这种木摇铃由细线拴着，通过摇动发声，所以乍一看，人们会认为它与老人们常玩的空竹原理相似，因为空气振动而发声。但如果木摇铃是个小型空竹，那么声音应该是“嗡嗡”作响，而非“咯噔咯噔”。
其实原理更复杂，木摇铃的铃铛部分在摇动时作圆周运动，所以，连接的尼龙细绳在不断提供一股向心力。这股力量在保证铃铛旋转的同时，也在使劲“拽着”那几毫米长的小木棍。在尼龙绳紧绷与松弛间快速切换，小木棍不断撞击、摩擦着铃铛的底部，形成声波，就会发出“咯噔”的声响。再加上铃铛内部空间很小，只能塞进一根大拇指。它的作用相当于一台微型“功放”，狭小的空间中，声波被大幅度挤压，音频陡然变高，形成了尖锐刺耳的咯噔声。
老玩具二
体操健将：会自动玩单杠的“高手”
地点：夫子庙东市、西市 价格：每件10至20元
台座上竖起一对细铁杆，铁杆的顶部是被几乎全封闭的金属环，一根粗铁丝穿过其中，“体操运动员”紧紧抓住粗铁丝，上下翻飞，做出标准的单杠动作。这是今年在夫子庙各家店铺里最流行的玩具，走遍东市、西市都能看到它的身影，老板们也把它放在柜台上显眼的位置。“今年过年一共卖出了50多个。”一位店主说，今年在夫子庙，这种体操小人很受欢迎。
“运动员”在“单杠”上不停翻动，难道不“累”吗？是不是会永远这么转下去了？老板说，其实这件体操小人是用电的，在底座装一节5号电池。可第二个问题来了：除了“单杠”穿过金属环，两者间有接触，运动员是完全悬浮在空中，与其他物体没有接触。那么它旋转的力量是哪儿来的呢？
黄凯：磁场提供了无穷动力小人的动力其实来自两方面，首先是磁力：仔细观察可以看到，原来运动员的脚下悬挂着一块磁铁，脚底也贴着一小块磁铁，这两块磁铁同性相对，不断在相互排斥。磁感应线肉眼看不见，却不断为小人的翻动提供动力。只要你用手一拨，剩下的任务就交给磁力来完成吧。只要小人的双脚与下面悬吊的磁铁接近，就会立刻被磁力弹开。加上设计者的匠心独运，磁力足够强，小人向前、向后的翻滚动作都能做出。第二是“双摆运动”，小人的双脚与下面的悬挂的磁铁，形成力学上的经典模型“双摆”，其原则是用动态的力保证平衡，所以磁铁向后摆动时，小人双脚就会向前摆动。
这里电池的作用在于增强与保持磁铁的磁性。一般性情况下，磁铁在使用一段时间后磁性会减弱，为了保证小人转动的效果，所以设计者在底部加一块电池。同时在电池的作用下，磁场的力量更强，小人摆动也更有力。
老玩具三
鸟形陶笛：喝过水的鸟儿才叫得动听
地点：夫子庙民间艺术大观园，东市、西市 价格：每只3元
这种笛子是由陶土烧制，外形类似烟斗，可以单手抓在掌心里把玩。小鸟身后竖起的“尾巴”就是笛子的吹嘴。在夫子庙民间艺术大观园，东、西市，很多店铺都有这种鸟形陶笛销售，3元就能买到一只。
直接把嘴凑上去，用力一吹，就有笛子就发出了鸣叫声。不过，声音尖锐，略显刺耳，不是小鸟，更像猛禽。鸟形陶笛的头部有一个小孔。店主说，如果往小孔里加一点水，声音会更动听。试了一下，果然音色悦耳，而且与真实的鸟叫一样，婉转起伏。
黄凯：水波与空气振动的共鸣与所有的笛子一样，鸟形陶笛也是空气振动而发声。这个陶笛上有三个孔：前两个与口哨一样，一个吹嘴，一个出气发声的凹槽，第三个是鸟头上灌水的小洞。在不加水的状态下，鸟形陶笛内气压均匀，所以吹气时，两只孔一同出气发声，所以音调没有变化，灌水后，吹出的声音有高有低，像小鸟的叫声一样婉转起伏。
观察可以发现，鸟的尾巴与躯干呈现一个“V字”。“灌水有一个讲究，水量必须漫过V字的底部。”黄凯解释说，水量达到要求，“小鸟”的身体里就形成了两个相互分隔的空间。一口气吹进来，先在尾巴的空间里形成振动，从凹槽出气发声。与此同时，吹进的气体引发水的振动，水的振动又引发“鸟头”空间内的空气的振动，另一个声音就会从鸟头上灌水的小洞里传出。由于这两个空间里空气振动的频率不同，所以两种声音有高有低，形成了婉转起伏的效果，也就是说在吹鸟形陶笛时，有两种不同的声音合成了。这就是必须要加水的奥秘。
老玩具四
撒尿小人：“淋雨”后就憋不住
地点：夫子庙东市、西市
价格：每只3元
有没有过这样的体验：淋浴时，或者外出淋了雨，身体沾上水，就会感到阵阵尿意。一种泥塑的撒尿小人，能会将人体的这种生理反应，模仿得惟妙惟肖。它内部空心，除了肚皮下方有个小孔，全身是密闭的。老板说，先把小人扔冷水里泡一会，再往小人的头顶上浇水，一会儿就会自动撒尿。不过，浇的必须是热水，最好是滚烫的开水。
记者按照商家介绍的方法，试了一下。果然十多秒内，在热水的不断浇灌下，“小可爱”的肚皮下升起一道弧形的水柱。浑身上下没有其他的进水孔，“小可爱”的尿是哪来的，又为什么一定要用热水淋它呢？
黄凯：气压差把“尿”挤出来 撒尿的关键在于小人内外形成了气压差，把水从小孔里挤了出来。首先小人是紫砂烧成的。我们都知道，紫砂这种材料的结构，分子间空隙较大，也就是透水性好。所以先泡在水中，就是让小人“喝”一点水。为什么非得浇热水才能撒尿？人身体内外的气压原先是相同的，水没法从小孔里冒出来。紫砂的另一个特性是传热性较好，这时来一勺开水从头顶浇下去，小人身体内的温度瞬间升高。温度越高，压强就越大。内部的气压就比外部的气压高，因此之前“喝”的水就被气压差“挤”了出来。
老玩具五
摇摆海豚：动起来就难停了
地点：夫子庙民间艺术大观园
价格：每件15元
只要轻轻一拨，它就来回摆动，两端的“海豚”上下起伏，半天也停不下来，它有一个圆弧形铁架，与上面提到的“体操小人”一样，同是靠一根铁丝搭在铁架上，只是运动的形式更简单、更规则，和秋千相似。在民间艺术大观园的一家工艺品店，这种“摇摆海豚”摆满了货架，15元就能买到一件。有趣的是，一经拨弄，海豚就会快速摇摆，而且显得动力十足，丝毫看不出停下的趋势。与“体操小人”相比，这种“摇摆海豚”还无需用电池，更显“神奇”。
黄凯：真空中才能永远摇下去典型的“力矩平衡”，换句话说，两个体重一样的人在玩跷跷板。之所以看上去永远停不下来，那得归功于设计者的精巧的手艺，把中间“轴承”的打磨得非常光滑，摩擦力很小。但由于无处不在的空气阻力，永远摇摆下去是不可能的。空气阻力会渐渐抵消刚开始拨动时施加的动能。因此只有在外太空这种真空环境下，摇摆海豚才可能永远摇摆下去。这件玩具孩子们可以在家试着做一个，锻炼动手能力。制作时要保证接触点光滑，两边尽可能一样长，如此效果更好。
（原标题：这些老玩具，你能看出其中奥秘吗）
