牛頓擺

原始設計者：張鈞祺;張又懿

目的

使用自製的球和支架，讓小朋友們練習調整牛頓擺的各項參數，達到最好的效果。

原理

能量守恆

旁邊的圖示中最左邊的球得到動量並通過碰撞傳遞到右側並排懸掛的球上，動量在四個球中向右傳遞。當最右面的球無法將動量繼續傳遞的時候，被彈出。

成功要素

1. 球要在一直線上
2. 牛頓擺靜置時，五個球之間不能有空隙

活動

材料

1. 球
   • 教師可以自行使用3D列印製作擺球
     • 優點
       • 方便好生產，雖然需要花很長的時間列印，但省去了買各種材料的時間，總體來說不會花比較久的時間
     • 缺點
       • 球的表面凹凸不平，力量難傳遞，所以建議先用沙子磨平。
       • 球的質量較輕。
   • 使用聖誕裝飾球
     • 優點
       • 可以直接購買，但有季節性。
     • 缺點
       • 球的質量較輕。
   • 高爾夫球鑽洞
   • 翻模矽膠球
2. 擺繩
   • 麻繩
   • 棉繩
   • 釣魚線
   • 鐵絲
3. 架子
   • 竹筷架
   • 鐵架
   • 木架
   • 紙架子

探究問題

如果牛頓擺失敗，可能的原因有哪些？

Ans:

• 線的長度不同，小球無法互相擊中質心點。
• 球不夠重，沒有夠大的位能。

為什麼球過不久會停下來？能量去哪了？

Ans: 能量在球與球之間的碰撞，還有繩子與支架連接之間的摩擦力消耗掉了。

什麼情況下牛頓擺可以永久擺下去？

Ans: 在一個沒有空氣阻力也沒有摩擦力的理想空間牛頓擺可以永久擺下去。但是這種空間在現實生活中並不存在，目前只有在電腦模擬器裡可以實現。

請用一個表格記錄單擺實驗

Ans: 請參考此表格