目的
表現重心與滾動的關係。
實驗
實驗裝置:一個字型的軌道,將字型尖端放在桌面上,另一端抬高固定。將兩個圓錐底面連結,成為一個雙錐。
將雙錐橫跨放置於型軌道上較低的一端,觀察其滾動方式。
原理思考
1.雙錐為何會由高度低的地方向高的地方滾動?
2.雙錐的錐角、型軌道開角與軌道斜角對本實驗有何影響?
當雙錐放置於型軌道上,雙錐的質量中心以及與軌道的接觸點如右圖;以接觸點為支點,重力的力矩作用使雙錐轉動。圖中垂直方向受力抵消,僅橫向有淨力矩。雖然視覺上雙錐沿軌道向上滾動,但其質量中心則向下移動。
舉例如下:
A.錐角8°、開角15°、斜角1°,雙錐向軌道面上滾。
B.錐角3°、開角15°、斜角1°,雙錐向軌道面下滾。
C.錐角8°、開角6°、斜角1°,雙錐向軌道面下滾。
D.錐角8°、開角15°、斜角13°,雙錐向軌道面下滾。
討論
1.比較一般圓柱或輪子在斜面上滾動與本實驗有何不同?
2.雙錐錐角大、軌道開角大、軌道斜角小是向上滾的條件嗎?
3.如果沒有摩擦力,結果會如何?
4.雙錐爬到何處會停止?會再滾回來?
5.若雙錐中的一錐為空心,一錐為實心,結果如何?
6.如果雙錐以尖端部分相連結來做實驗,結果如何?
關於實驗
可以將兩個塑膠漏斗開口部分用膠帶黏住,以筷子做軌道架在書本上做本實驗。
參考資料
DOUBLE CONE (University of Maryland Physics Lecture-Demonstration Facility)
製作
v.1 周瑞星
指導老師
易台生、陳泰利
撰稿
陳泰利