雙錐滾動

雙錐滾動

目的

表現重心與滾動的關係。

 

實驗

實驗裝置:一個字型的軌道,將字型尖端放在桌面上,另一端抬高固定。將兩個圓錐底面連結,成為一個雙錐。

將雙錐橫跨放置於型軌道上較低的一端,觀察其滾動方式。

 

 

原理思考

1.雙錐為何會由高度低的地方向高的地方滾動?

2.雙錐的錐角、型軌道開角與軌道斜角對本實驗有何影響?

 

當雙錐放置於型軌道上,雙錐的質量中心以及與軌道的接觸點如右圖;以接觸點為支點,重力的力矩作用使雙錐轉動。圖中垂直方向受力抵消,僅橫向有淨力矩。雖然視覺上雙錐沿軌道向上滾動,但其質量中心則向下移動。

舉例如下:

A.錐角8°、開角15°、斜角1°,雙錐向軌道面上滾。

 

fig2 220x110                                                                       fig3 220x146

B.錐角3°、開角15°、斜角1°,雙錐向軌道面下滾。

 
 

fig6 220x106                                                                           fig5 220x149 

C.錐角8°、開角6°、斜角1°,雙錐向軌道面下滾。

 

fig41 219x104                                                                              fig7 220x147

D.錐角8°、開角15°、斜角13°,雙錐向軌道面下滾。

 

fig8 220x144                                                                         fig9 220x156

 

 

討論

1.比較一般圓柱或輪子在斜面上滾動與本實驗有何不同?

2.雙錐錐角大、軌道開角大、軌道斜角小是向上滾的條件嗎?

3.如果沒有摩擦力,結果會如何?

4.雙錐爬到何處會停止?會再滾回來?

5.若雙錐中的一錐為空心,一錐為實心,結果如何?

6.如果雙錐以尖端部分相連結來做實驗,結果如何?

 

關於實驗

可以將兩個塑膠漏斗開口部分用膠帶黏住,以筷子做軌道架在書本上做本實驗。

 

參考資料

 DOUBLE CONE (University of Maryland Physics Lecture-Demonstration Facility) 

 

製作

v.1 周瑞星

 

指導老師

易台生、陳泰利

 

撰稿

陳泰利