跳到主要內容

科技大觀園商標

分類項目
Menu

旋轉椅遊戲(一):系統中的內力與慣性的關係

98/11/30 瀏覽次數 16139
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。
OPEN
回頂部