國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

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乒乓陀螺

乒乓球除了可以對打,也可以當陀螺玩喔!

材料:乒乓球、墊板、剪刀
操作步驟與現象

1.將乒乓球用剪刀剪成半月形或花瓣形(下圖左)。

2.將墊板沾上少量水之後,剪好的乒乓球片放上去(如下圖右),略為傾斜,讓乒乓球可以滑動。仔細觀察乒乓球在滑動過程,是不是像陀螺一樣快速的旋轉起來?

   乒乓陀螺

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原理

  版主搜尋文獻與網路,並未發現相關的原理說明。首先仔細觀察乒乓陀螺的旋轉過程,可以發現以下現象:(1)乒乓球的旋轉中心不會改變(除非形狀明顯不規則),亦即旋轉中心為乒乓球底部與墊板的接觸點。(2)將平滑的墊板改為砂紙,可以發現乒乓球無法旋轉,顯示只是單純增加「摩擦力」,無法使乒乓球產生旋轉。(3)乒乓球可以順時針轉,也可以逆時針轉,旋轉方向很難掌控。

由以上現象,作者推論造成乒乓球旋轉的力學原理如下:乒乓球底部沒有加水時,只有乒乓球的重力以及摩擦力,在墊板傾斜後,並沒有其他外力可造成乒乓球旋轉。當乒乓球底部加了水並傾斜之後(如圖三),水具有流動性,會由上往下流動,水的表面張力就帶動了乒乓球的旋轉。而由於水的分布不可能剛好平均對稱(所有表面張力的合力距不為零),水分分佈的微小差異決定了乒乓球的旋轉方向,此微小差異並不容易操控,因此乒乓球有時順時針轉,有時逆時針轉。

叮嚀的話

1.如果乒乓球不會旋轉,原因之一是墊板上的水量太多或太少。水太多會將乒乓球吸附住,不容易滑下來;水太少則乒乓球容易直接滑下來。另一方面,如果乒乓球的形狀過於對稱或太小片,也不容易旋轉,可以多剪幾片大小不一的乒乓球試驗。

2.有時候乒乓球會黏著在墊板上,不會動,需要稍微推動一下乒乓球,或輕輕敲一下墊板。

3.除了觀察乒乓球有趣的旋轉,可以在墊板上畫上迷宮路徑,讓小朋友比賽控制乒乓球一邊旋轉一邊走迷宮。

參考資料

陀螺研究:http://www.shgedu.com/zhuanti/dnzz10/mltl/meilituoluo/tuoluoyanjiu/pingpang.htm