溜溜球，玩轉角動量守恆的小玩具|

溜溜球，玩轉角動量守恆的小玩具

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周祥順｜海洋大學光電學研究所

溜溜球是小朋友喜歡的玩具。其實，溜溜球也是一個有趣的科學實驗哦。用細線纏繞在溜溜球的轉軸上，轉動溜溜球使溜溜球沿著細線攀昇。手放開後溜溜球沿著細線滾落，落至細線底端再沿著細線攀昇。為什麼溜溜球可以向上攀昇呢？

當重力通過轉軸，力矩為零。張力產生的力矩使溜溜球沿逆時針方向轉動。溜溜球落至細線底端時，重力與張力均通過轉軸，力矩為零。在「旋轉椅」、「陀螺環」、及「磁浮飛碟」單元中，我們已介紹過慣性原理。依據慣性原理，若合力為零，則靜止物體保持靜止，平移物體以原速率沿原方向平移。若合力矩為零，轉動物體以原速率沿原方向轉動。溜溜球在細線底端所受力矩為零，因此繼續沿逆時針方向轉動，並沿著細線攀昇。

說得深入一些，溜溜球轉動時產生角動量。依據角動量守恆原理，若合力矩為零，物體角動量不變。因此溜溜球可沿原方向轉動，並沿著細線攀昇。此時細線張力移至轉軸的另一邊，細線張力產生的力矩使溜溜球轉速變慢。依據力學能守恆原理，溜溜球應可攀昇至原高度。然而細線與轉軸間摩擦力使溜溜球能量耗損，因此溜溜球無法攀昇至原高度。

資料提供

海洋大學光電科學研究所周祥順教授
E-mail：hschou@mail.ntou.edu.tw

角動量(7) 重力(31) 力矩(7) 慣性運動(10)

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