國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

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爬坡雙錐體

操作步驟與現象

準備器材:漏斗、膠帶、木棍

1.取二個大型漏斗(直徑約15公分),口對口對齊後以膠帶黏貼固定,就完成一個雙錐體。(如圖一)

2.取木棍二支,排列成V形,架高放置,但是開口處必須略高。放置好後以試管或圓柱物體放在開口處,確定會由高處低滾到低處。

3.將雙錐體放置在略靠近狹小開口(低處)(如圖二),雙錐體就會往高處滾動,像是會爬坡。是不是很奇怪呢?動腦想一想,為什麼?

 

圖一

圖二

觀看實驗影片(10M)
原理

雙錐體並沒有違反重力往下(地心)的原則,而是由於構造造成的錯覺。雙錐體是對稱結構,所以重心在中心點。如下圖,當雙錐體放在低處(右邊)時,與木棍的接觸點較為遠離重心M,在高處時(左邊)由於木棍開口較大,雙錐體與木棍的接觸點接近重心M。因此雖然由右到左,木棍高度增加,但是雙錐體的重心是由高至低。

由上述解釋可知:(1)如果木棍放置太斜,雙錐體由右到左的滾動距離也會變短。(2)如果木棍的開口太大;或是漏斗太小,雙錐體的滾動距離同樣變短。(3)雙錐體一開始放置的位置,儘量在重心M可以越高的位置越好(但是太高雙錐體容易傾斜歪掉)。

     

叮嚀的話

  想要看到雙錐體往高處滾動,必須調整好木棍高低差、開口大小以及雙錐體放置的位置。而製作雙錐體的漏斗不能太小,因為重量太輕比較不容易顯示效果(不滾動或滾動距離很短),漏斗太小則往上滾動的距離也會相對較短。