懸浮酒瓶之平衡

  • 觀念物理
  • 撰文者:張慧貞 (國立彰化師範大學 物理學系物理教育組 教授)
  • 發文日期:2016-06-01
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如何透過一個簡單的斜板,讓酒瓶懸浮在空中呢?透過「平衡」的物理概念,加上細心的微調,可以讓酒瓶穩穩地立在空中。透過以下的問題,讓我們來探討其中的物理概念,包含:力平衡、力圖分析 (力的來源)、重心…等。


小試身手

圖1:酒瓶與斜板之平衡

 

圖2:懸浮酒瓶示意圖
 

「酒瓶+斜板」維持靜止於桌面,酒瓶呈現水平 (如圖1所示),且斜板上之接觸孔也呈水平 (如圖2),試問此時

1. 「斜板」受到桌面作用之「摩擦力」方向為何,或是為零?

    (A) →   (B) ←   (C) 摩擦力為零
 

2. 「斜板」受到桌面作用之「正向力」,方向應為何?

    (A) ↑  (B) ↖  (C) ↗  (D) 正向力為零
 

3. 「酒瓶之重量」,是否需畫在「斜板」之力圖上?

    (A) 是  (B) 否  
 

4. 「酒瓶」是否受到與「斜板」接觸的「摩擦力」? 

    (A) 是  (B) 否
 

5. 「酒瓶」受到幾個來自「斜板」作用的「正向力」?

    (A) 1個  (B) 2個  (C) 3個  (D) 沒有受到正向力
 

6. 承上題,「酒瓶」受「斜板」之任何一個「正向力」,應大於、小於、或等於酒瓶重量?

    (A) 皆大於  (B) 皆小於  (C) 皆等於  (D) 不一定 
 

7. 承上題,「酒瓶」所受之正向力的方向,應包含哪一些方向?

    (A)皆為↑(B)皆為↓(C)包含↑及↓ (D)皆為↖  (E)包含↖及↗
 

8. 「酒瓶+斜板」系統的「重心」,可能位置為圖3之何點?

    (A) P點  (B) Q點  (C) R點   (D) 以上皆可  (E) 以上皆非
 

9.  若將酒瓶內之液體清空,則酒瓶是否須如何調整,以維持平衡?

    (A) 向左微調  (B) 向右微調  (C) 不需調整

圖3:[酒瓶+斜板]之重心


 


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