掉落的紙

原始設計者：謝迺岳

簡介：

老師放下百元，讓學員嘗試用手指夾住掉落的百元鈔。

目的

由本遊戲讓學員體會重力於生活中的表現。

活動二並以撲克牌為主要材料來模擬飛盤與彈射飛機的趣味活動，藉以探討角動量守恆定律、力矩與轉動的關係。

原理

• 重力：重力(英語：gravitation/gravity)，是指具有質量的物體之間相互吸引的作用，也是物體重量的來源。
• 自由落體：自由落體運動是指只受重力作用(不存在空氣阻力的理想狀態)的均勻加速度運動過程。運動過程中重力勢能與動能之和遵守機械能守恆定律。在地球上相同位置與相同高度，自由落體的加速度相同(均為g)，與質量無關。
• 角動量守恆是指系統所受合外力矩為零時系統的角動量保持不變。

因為萬有引力紙牌會掉落，但因為紙張不會定向掉落，學員難以接住紙張，而這與跟紙的形狀有關，形狀對空氣阻力的影響很大，如果在真空中，則速度都是一樣的，我們看到紙不是豎直下落是因為紙表面積較大，受到空氣阻力也較大，但由於紙自身有重力而且重力比阻力大，所以還是會慢慢落下。 若是扔一個紙團的話由於它於空氣接觸面積較小，受空氣阻力明顯比紙小，而重力相同，因而就類似豎直下落；老師傳出指令，學員需迅速反應。

活動一：夾百元

材料準備

• 平面的地板
• 一張紙(可根據趣味性準備百元鈔票或千元鈔票)

活動流程

• 一名學員或老師舉起一張紙
• 另一位學員舉起手待命準備接住紙張
• 老師傳出指令，且放下紙張
• 紙張掉落，學員嘗試接住紙張

活動二：射紙牌

場地

空曠場地

材料準備

器材：撲克牌一副

活動流程

活動中選用撲克牌為材料，用手腕與手指的作用對它施以力矩，我們便能像飛盤一般，把它當作有趣的飛鏢來進行。

由於物體繞定軸旋轉時會產生固定方向的角動量特性，若再加給它一個移動的速度，則物體便能在此條件下穩定的移向既定目標。

探究問題

您跟您身邊的人之間有沒有重力吸引？為什麼您感覺不到？

Ans: 有，兩個具有質量的物體間都會有重力。因為重力常數非常小，數量級以標準單位來看大概是10^-11次方。

為什麼紙會向下飄呢？

Ans: 因為有向下的重力。

為什麼紙張降落時不會直直落下呢？

Ans: 跟紙的形狀有關，形狀對空氣阻力的影響很大，如果在真空中，則速度都是一樣的。

四大基本交互作用是哪幾個呢？

Ans: 重力、電磁力、弱交互作用及強交互作用，一起構成自然界的四大基本交互作用。

紙張與球哪個掉得快？

Ans: 球快。
傳說1590年伽利略曾在義大利比薩斜塔上做自由落體實驗，將兩個重量不同的球體從相同的高度同時扔下，結果兩個鉛球同時落地，伽利略在比薩斜塔做自由落體實驗的故事，記載在他的學生維維亞尼在1654年寫的《伽利略生平的歷史故事》(1717年出版)一書中，但伽利略、比薩大學和同時代的其他人都沒有關於這次實驗的的記載。對於伽利略是否在比薩斜塔做過自由落體實驗，歷史上一直存在著支持和反對兩種不同的看法。

若考慮一個真空環境紙張會更好接住嗎？

Ans: 會，真空環境下，掉落的紙張就像一顆掉落的球一樣。
1971年，阿波羅 15 號太空人在月球上同時丟下獵鷹羽毛與鐵鎚，證明真空環境下，不同物體的重力加速度會一樣。

紙牌射出時的旋轉會使得紙牌飛得更直嗎？

Ans: 會，因為角動量守恆。角動量守恆是指系統所受合外力矩為零時系統的角動量保持不變。根據物體繞定軸旋轉時會產生固定方向的角動量特性，若再加給它一個移動的速度，則物體便能在此條件下，穩定的移向既定目標。