向左走?向右走?

向左走?向右走?

目的

從施力方向與輪子轉動方向的衝突中,了解輪子上力的作用。

 

實驗

實驗裝置:共有兩台車,車子內側與外側有互相牽動的同心輪子,一台車內輪小外輪大,另一台車內輪大外輪小。在內輪上方放置一個大輪。
本實驗假設摩擦力足夠,不會滑動。

 

實驗一:使用內輪小外輪大的車,用尺對大輪施一方向的力,觀察最後的移動方向、與尺的距離關係。
實驗二:使用內輪大外輪小的車,用尺對大輪施一方向的力,觀察最後的移動方向、與尺的距離關係。(因內輪較大,需要放在另一個專門給小外輪跑的軌道。)

 

原理思考

1.內輪與外輪分別受了哪些力?如何決定最後車子會走的方向?
2.為何內輪小外輪大的車子可以走得比尺還快?

 

內輪與外輪分別受了哪些力?如何決定最後車子會走的方向?
對內輪小外輪大的車子:

用尺在大輪上方施一個向右的力,此時接觸地面的外輪會產生反方向的摩擦力,並且摩擦力大小

此時注意互相牽動的兩輪。內輪(小)所受的力為上方大輪所傳下來的,因此力矩為(逆時針),而外輪(大)所受的力矩為(順時針)。

,因此輪子會順時針旋轉,車子便向右移動了。

對內輪大外輪小的車子:

用尺在大輪上方施一個向右的力F,此時接觸地面的大輪會產生反方向的摩擦力,並且摩擦力大小

此時注意互相牽動的兩輪。內輪(大)所受的力為上方大輪所傳下來的,因此力矩為(逆時針),而外輪(小)所受的力矩為(順時針)。

,因此輪子會順時針旋轉,車子便向左移動了。
2.為何內輪小外輪大的車子可以走得比尺還快?

先假設車子向右走了的距離,代表外輪(大)順時針轉了,內輪(小)順時針轉了,大輪逆時針轉了,因此尺移動的距離為,比車子走的路還短。

 

討論

如果輪子與地面沒有摩擦力的話,車子會怎麼走動?

 

參考資料

Under the ruler faster than the ruler

 

製作

施堡仁

 

指導老師

朱慶琪

 

撰稿

施堡仁