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實驗演示影片/ 實驗原理/ 問題思考

   轉動儀

此儀器是兩個架在一金屬柄上的大圓環,各圓環上有兩個可移動的球。一圓環上的球是很重的黃銅球,另一圓環上的則是輕的塑膠球。當由金屬柄旋轉此兩圓環時,你可能會覺得由於球的重量不同,會造成它們在圓環上的位置也不同。但事實上結果會讓你相當驚訝!究竟結果會如何呢?

實驗演示影片


1.儀器介紹&實驗步驟

2.實驗影片

3.實驗影片(慢動作)

 

實驗原理


 Fig.1 作用力示意圖

 

在不考慮球與裝置間磨擦力的情況下

FN為裝置給球的正向力

mg為球所受的重力

 

我們將FN分解為水平與鉛直部分

鉛直合力為零:

--(1)

水平合力指向圓心

    --(2)

 

Fig.1可推得

--(3)


--(4)

 

將(2)與(4)結合便可得到 --(5)


代回(1) --(6)


最後結果 --(7)

 

表示球所能到達的高度h與球的質量m無關,只與裝置的半徑R成正比

因此不同質量的球轉動時可達到同一個高度

 

而要看到此現象,角速率必須滿足



問題思考


1.如果沒有重力存在,結果還會一樣嗎?
2.轉動儀的角速率ω越快,對球所能到達的高度有什麼影響?球最高能到達多高?