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