國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

科學遊戲實驗室   回首頁   

以小

小兵立大功的神奇螺帽!

器材:螺帽、棉線
操作步驟與現象

  棉線的一端綁上一個螺帽,另一端綁上六個(或更多)螺帽。右手拿著一個螺帽的一端,六個螺帽的一端則垂掛在左手手指頭上(如圖一)。問觀眾:如果將右手的這一個螺帽鬆開,有可能阻止所有螺帽掉在地上嗎?依照常理判斷,六個螺帽往下掉,一定也會將另一端的螺帽一起拉過來而掉到地面。

  事實上,當鬆開右手的螺帽時,的確會迅速的被拉往左邊,但是接著這一個螺帽會在左手手指上快速的繞圈圈,拯救了所有螺帽掉到地面的命運!(如圖二)

觀看實驗影片(4.5M)

原理

  單擺由高處自由落下開始擺動時,重力位能使擺錘速度逐漸增加,到了最低點時速度最快(如圖三的V),此動能提供擺錘繼續運動而上升。

  右手的螺帽放鬆之後,以左手手指為支點,進行如同單擺一樣的運動。而自由掉落的六個螺帽的重量產生一個作用力F(參見圖四)拉動棉線,此作用力提供一個向右的分力F1,使得螺帽在最低點的速度V’增加,因而具有足夠的動能繞著支點旋轉打圈圈。

  在教學上可以讓學生實驗左手的螺帽是否一定需要六個?更多或更少螺帽有何差別呢?另一方面,棉線的長短,還有尼龍線與棉線是否也有差異呢?