鉸鏈與鐵鎚

鉸鏈與鐵鎚

目的

以違背直覺的方式,表達質量中心與力矩的觀念。

 

實驗

實驗裝置:兩塊木板中間由鉸鏈連接,其中一個木板上面固定一個可讓鐵鎚手柄穿過的手門把。

1.固定木板一端,讓另一木板受重力自然下垂。

2.找尋一個放置鐵鎚於兩塊木板之一上的方法,企圖讓兩塊木板不再成直角而是一攤平側看成直線。

 

 

原理思考

如實驗演示所示,為什麼鉛直垂下的活板可以變成水平的位置?

 

不加鐵鎚時,右邊木板質心位於木板中央,重力作用其上,以鉸鏈轉軸為支點,產生順時針方向的力矩,右方活板會自然下垂。 加上鐵鎚後,右邊木板與鐵鎚共同的質心移至左邊木板下方,以鉸鏈轉軸為支點,則產生逆時針方向的力矩,此力矩與左邊木板邊緣的反作用力所產生的力矩抵消,而導致右方活板跑到水平位置呈平衡。

 

討論

1.以右邊木板門把為支點討論實驗力矩情形。

2.不用鉸鏈可做本實驗嗎?如何達成力矩平衡?

3.討論不用渡河的造橋方式。

 

關於實驗

有些末端有鋼球的平衡飾品即利用相同原理。

 

參考資料

CENTER OF MASS – HINGED STICK PARADOX(University of Maryland Physics Lecture-Demonstration Facility) 

 

製作

周伯渝

 

指導老師

易台生

 

撰稿

陳泰利