走马灯为何能“走”起来？

走马灯是我国传统灯笼的一种，通常在春节、元宵节、中秋节等重大节日悬挂，用来增添节日的气氛。点亮走马灯时，灯笼内部的骑马人物开始旋转，看起来就像是马儿在奔跑，仿佛在进行一场追逐赛，给人带来视觉上的享受和节日的欢乐。那么，走马灯是如何让这些马儿“跑起来”的呢？这还得从走马灯的构造说起。

（图片来源：网络）

走马灯的构造

走马灯的构成主要包括灯笼外壳、转轴、支撑结构和装饰部分。灯笼外壳通常由纸、竹篾或布料制成，外观上装饰有色彩丰富的图案，既具美观性，又便于透光。转轴位于灯笼的顶部，是支撑灯笼旋转的关键部件，通常由轻巧的材料如竹篾或金属制成。底部则设置了支撑结构，确保整个灯笼悬挂或固定时保持平稳。

宫灯式走马灯的组装方式（图片来源：[1]）

除此之外，灯笼外还常常附有各种节庆装饰，如花鸟、福字等，增强节日气氛。那么，古代没有电机，走马灯是如何自动旋转起来的呢？

走马灯的原理

这背后其实有着非常有趣的力学原理。走马灯的旋转主要依赖于空气流动、重心不稳以及转动轴的作用。

1.热气流与对流作用

传统的走马灯往往是由蜡烛或小型灯泡提供光源。点燃蜡烛后，蜡烛的火焰会加热周围的空气，使空气变得轻盈并开始上升。根据热力学中的原理，热空气会上升，而较冷的空气则会向下流动，形成对流循环。当蜡烛下方的空气上升时，它会推动灯笼内的空气流动，进而带动灯笼转动。

走马灯内部的热对流示意图（图片来源：[2]）

这种自然的空气流动所形成的上升气流，和下降的冷空气共同作用，使得走马灯能够在没有外力干预的情况下自行旋转。这种利用空气的流动和对流的方式，使得走马灯在旋转时既具趣味性，也充满了节日的气氛。

2.不稳定的重心与轴心作用

走马灯的旋转还与其结构设计密切相关。走马灯的中心通常设置一个转轴，这个转轴是支撑灯笼旋转的关键部件。为了确保灯笼能够稳定旋转，转轴的设计需要具备良好的平衡性。转轴一般固定在灯笼的上方，并且需要保证灯笼整体重心的偏移。当灯笼开始旋转时，重心不稳定会在一定程度上产生一个力矩，进而促进旋转。

（图片来源：[2]）

此外，走马灯的灯身设计通常采用轻巧的纸质或竹制材料，这样可以减少旋转时的惯性力，保证旋转的顺畅与持续。由于灯身不重且结构简洁，当空气对流形成的上升气流与灯笼重心不稳定的力量相结合时，灯笼便能自然而然地旋转。

3.自由旋转与空气的相互作用

走马灯的旋转并不是持续不断的，它会受到空气流动和蜡烛火焰变化的影响。例如，当蜡烛燃烧不稳定时，旋转速度可能会减慢或加速。与此同时，风速的变化也会影响走马灯的旋转。走马灯的设计巧妙地结合了空气流动的自然规律，使其在不同环境下能够表现出不同的旋转效果。

如何自制走马灯？

自制走马灯不仅是一项有趣的手工活动，还能帮助你更好地理解其工作原理。以下是自制走马灯的步骤，感兴趣的小伙伴可以根据这些简单的指导，打造一个属于你的独特走马灯。

1.准备材料

制作走马灯所用到的材料包括：2个纸杯（最好选用厚一点的纸杯，以确保稳定性）、裁纸刀、记号笔、金属丝（用于支撑结构）、蜡烛（作为热源）。

2.制作纸杯扇叶

首先，取一只纸杯，使用记号笔在杯身上画出一系列均匀间距的竖线。接着，用裁纸刀小心地沿这些竖线裁开。在每条竖线靠近纸杯底部的一端，画出一条垂直的短线，形成倒置的“L”形。沿这些短线裁开后，将这些纸片小心地向外折叠，形成一定的倾斜角度。这些折叠的纸片就是走马灯旋转时的扇叶，它们会在热气流的推动下开始旋转。

（图片来源：[3]）

3.制作支撑架

取另一只纸杯，在其杯身中部对称地打三个小孔。然后将金属丝穿过这些孔，利用金属丝将两只纸杯固定在一起，并确保它们的连接稳固。金属丝的末端需要向上延伸，形成一个尖锐的支点，用于支撑第一只纸杯。接着，用裁纸刀小心地挖开纸杯的底部，以便于放置蜡烛，充当热源。

（图片来源：[3]）

4.完成组装与测试

最后，将制作好的纸杯固定在金属丝支架上，确保纸杯可以平稳地悬挂。点燃蜡烛，并将纸杯的“烟囱”底座轻轻套在蜡烛周围。蜡烛的火焰产生的热气流会促使纸杯内的空气上升，从而推动纸杯开始旋转。当热空气通过纸杯的扇叶时，旋转会更加平稳。请注意，确保蜡烛和纸杯保持安全距离，避免因过热引发火灾。

（图片来源：[3]）

通过了解走马灯的工作原理，我们不仅能更加欣赏它的美丽，还能通过动手制作走马灯，体验其中的乐趣与创造力。无论是作为节日装饰，还是作为亲子活动的一部分，走马灯都是一个值得我们传承与享受的传统艺术。

参考文献

[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

来源：力学科普

编辑：zzz

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