教育 物理

懸浮酒瓶之平衡

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撰文者:張慧貞 (國立彰化師範大學 物理學系物理教育組 教授)
發文日期:2016-05-18
點閱次數:2304
  • 如何透過一個簡單的斜板,讓酒瓶懸浮在空中呢?透過「平衡」的物理概念,加上細心的微調,可以讓酒瓶穩穩地立在空中。透過以下的問題,讓我們來探討其中的物理概念,包含:力平衡、力圖分析 (力的來源)、重心…等。


    ab93a4f9c1c50a579ba0536f412f9424小試身手

    圖1:酒瓶與斜板之平衡

     

    圖2:懸浮酒瓶示意圖
     

    「酒瓶+斜板」維持靜止於桌面,酒瓶呈現水平 (如圖1所示),且斜板上之接觸孔也呈水平 (如圖2),試問此時

    1. 「斜板」受到桌面作用之「摩擦力」方向為何,或是為零?

        (A) →   (B) ←   (C) 摩擦力為零
     

    2. 「斜板」受到桌面作用之「正向力」,方向應為何?

        (A) ↑  (B) ↖  (C) ↗  (D) 正向力為零
     

    3. 「酒瓶之重量」,是否需畫在「斜板」之力圖上?

        (A) 是  (B) 否  
     

    4. 「酒瓶」是否受到與「斜板」接觸的「摩擦力」? 

        (A) 是  (B) 否
     

    5. 「酒瓶」受到幾個來自「斜板」作用的「正向力」?

        (A) 1個  (B) 2個  (C) 3個  (D) 沒有受到正向力
     

    6. 承上題,「酒瓶」受「斜板」之任何一個「正向力」,應大於、小於、或等於酒瓶重量?

        (A) 皆大於  (B) 皆小於  (C) 皆等於  (D) 不一定 
     

    7. 承上題,「酒瓶」所受之正向力的方向,應包含哪一些方向?

        (A)皆為↑(B)皆為↓(C)包含↑及↓ (D)皆為↖  (E)包含↖及↗
     

    8. 「酒瓶+斜板」系統的「重心」,可能位置為圖3之何點?

        (A) P點  (B) Q點  (C) R點   (D) 以上皆可  (E) 以上皆非
     

    9.  若將酒瓶內之液體清空,則酒瓶是否須如何調整,以維持平衡?

        (A) 向左微調  (B) 向右微調  (C) 不需調整

    圖3:[酒瓶+斜板]之重心


     

    學習單下載:https://drive.google.com/open?id=0B7lnmn1KrtGzbUtjOWo0Tld1Mzg

    詳解與困難剖析:http://psroc.org.tw/Bimonth/images/uploafiles/files/物理雙月刊38卷3期張慧貞.pdf

    下載單篇文章:http://www.hyread.com.tw/hyreadnew/search_detail_journal.jsp?sysid=00001489

     

     

     

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