離心力起重機

出自 全民科學平台
於 2019年12月18日 (三) 02:31 由 曾之誾 (對話 | 貢獻) 所做的修訂 (離心力起重機)
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離心力起重機

【目的】 行駛中的車輛突然左轉彎時,車內乘客或物體會被甩向右側,又人手提著包 裹站在磅秤上,若把它繞著鉛直面做圓運動,更可發現包裹在最上方時磅秤讀數 小於人的體重;包裹在最下方時卻大於體重,由原理之探討獲知上述現象乃是離 心力所造成,因此只要離心力與物重均作用於同一物體,則當其方向相反時,離 心力便可提起重物,這個想法促成了離心起重機之趣味科學活動的誕生,藉此活 動可探討與學習向心力和離心力的科學原理 【原理】 根據牛頓第三運動定律,兩物之間有力的關係時,這兩個力互為作用與反作 用,其大小相等方向相反,且同時互施於對方。又依牛頓第二運動定律可知物體 所受之力為淨力時,它會做加速度運動。加速度的現象包括了快慢與方向兩因素, 兩者或兩者之一有變動時,物體就是加速狀態。其中運動快慢變化是受平行於運 動方向之淨外力作用的結果,力與運動同向時加速度會使運動增快;反向則減慢。 至於運動方向之改變,則是垂直於運動方向之淨外力的作用,所以物體作圓運動 時必受有垂直於運動方向之淨外力,此力指向圓心,稱為向心力。向心力的作用 只改變速度的方向,不改變速度的大小,這個觀念告訴我們:等速率圓運動物體 只受到固定大小之向心力作用;而有快慢變化之圓運動物體受到的淨外力是向心 力與平行於運動方向(切線方向)之力的合成力。這些淨外力的來源可能是:繩 索之張力、接觸面之摩擦力、正向力、物體之重力、電磁作用力等。 當物體沿著軌道(或被繩索牽引)做圓運動時,軌道(或繩索)施向心力於 物體;物體則施離心力於軌道(或繩索),此兩力同時發生,因此向心力消失時, 離心力也跟著消失。無向心力時物體便會沿著軌道的切線方向飛出去,而無法改 變方向。

向心力的量值需與軌道的切線速度大小配合,才能使物體沿著預計的軌道運 行。對圓運動來說,與速度V相關的因素有週期T、頻率f(T的倒數)和半徑R,其 離心力起重機

關係為


,而與向心力Fc有關的因素則為質量m與加速度量值ac的向心加速度,又向心加速 度與速度量值關係為

所以向心力可表為


根據此關係,適當調節各相關因素,我們便可隨心的操控向心力,當然同時發 生的離心力,也會在掌握之中。 【活動一 運球入杯】 (一)場地 每一組使用長條桌一張(長寬最小各為80cm;40cm) (二)使用器材 1. 大會提供 直徑2cm的保力龍球;每組有60個比賽球(進入競賽區比賽時,由裁判發 給),10個練習球(與提供材料一起發放)、A4圖畫紙每組1張、高度11cm, 開口直徑9cm的紙杯每組兩個(競賽場地布置用)。 2. 學生自備 自備運球杯每組3個,杯的規格如下: (1) 杯的外型只能採用圖1所示之各種形式的一種。 (2) 不得選用有頸部設計的形式,如圖2所示。 (3) 杯口為圓形,其直徑必須大於9cm,高度不限。 (4) 杯內不得塗抹或添加杯體材質以外之物質;杯外不限。。 (5) 杯口內表面不得有向內凸起之構造。