旋轉椅遊戲（一）：系統中的內力與慣性的關係|最新文章

旋轉椅遊戲（一）：系統中的內力與慣性的關係

98/11/30 21006

周祥順｜海洋大學光電學研究所

同學手握輪胎轉軸坐在旋轉椅上，令輪胎垂直地面。老師用力轉動輪胎，同學改變輪胎方向身體就會轉動，這與慣性原理（Principle of inertia）有關。依據慣性原理，若無外力作用，則靜止物體保持靜止，平移物體以原速率沿原方向平移，轉動物體以原速率沿原方向轉動。如果一個系統是由兩個以上物體組成的，這些物體的運動會彼此關聯。

舉例來說，假想你手持籃球腳穿溜冰鞋站在冰川上，當你用力將球向前拋時，你的身體便會向後退。這是因為你的身體與籃球構成一個系統，這個系統原本是靜止的。如果沒有受到外力，系統將保持靜止。手作用在球上的力對此系統而言是內力，因此不會改變系統的慣性。當球向前飛時，球產生向前平移的慣性，因此身體必須產生向後平移的慣性與球向前的慣性抵銷，如此才可使系統保持原來靜止的慣性。我們也可以用反作用力解釋。人對球施向前的力，因此球對人施向後的反作用力，使人向後退。

在旋轉椅遊戲中，輪胎原來垂直地面轉動，因此系統在水平方向是靜止的。同學與輪胎構成一個系統，同學作用在輪胎上的力對此系統而言是內力，不會改變系統的慣性。同學改變輪胎方向使輪胎沿水平方向轉動，因此同學必須產生與輪胎相反方向的轉動，如此系統在水平方向才可保持靜止的慣性，當然我們也可以用反作用力解釋。同學對輪胎施力，因此輪胎對同學施反作用力，使同學身體轉動。

許多玩具也與慣性原理有關。小朋友最喜歡玩的「陀螺」就是一個例子。陀螺底面積很小，因此無法靜立桌面上。但是陀螺轉動時便可穩定立於桌面上，甚至可立於指尖。這是因為陀螺轉動時產生轉動的慣性。只要沒有受到外力作用，陀螺便可以原速率沿原方向轉動，不會倒下。小朋友擲飛盤時只要使飛盤轉動飛盤就可以飛得又高又遠。這是因為飛盤轉動時產生轉動的慣性，因此可以原速率沿原方向轉動，不會搖擺墜落。

資料來源

原標題：旋轉椅

陀螺(3) 輪胎(5) 反作用力(8) 慣性運動(10)

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