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實驗演示/ 實驗原理/ 問題討論

      圓盤與環

將同質量、同半徑的圓盤與環自一斜面的等高處同時釋放,何者會先到達斜面底部呢?

 

實驗演示


實驗演示 1 (實驗演示影片)


 

實驗演示 2 (實驗演示影片)


 


 


實驗原理


答案是轉動慣量較小者!
物體對於改變其轉動運動狀態的反抗,就是所謂的「轉動慣量」,和慣性在線性運動的意義一樣。然而跟慣性不同的地方是,轉動慣量是與質量的分布狀況有關,當物體主要質量所在的位置距離轉軸愈遠時,轉動慣量就愈大。因此對於同質量、同半徑,且皆是以圓心為轉軸的中空圓環和實心圓盤,中空圓環有比較大的轉動慣量,比較「懶得」去增加轉速,所以實心圓盤自然就贏了這場競賽!!

 

問題討論


1.你知道轉動慣量與物體形狀、轉軸之間的關係嗎?
2.跑步時雙腿會不自覺地彎曲,你知道為什麼嗎?
3.只要物體的形狀相同,不管它的大小如何,都會同時抵達斜面底部,你知道為什麼嗎?
4.假設圓盤與環不是利用滾動的方式,而改由滑動的方式(即不轉動)滑下斜面,則何者會先抵達斜面底部呢?
5.若把圓盤與環改為生雞蛋與熟雞蛋,則何者會先抵達斜面底部呢?