教學錦囊

【科學好好玩】尋找平衡探究實作活動

文˙圖/彰化縣中山國小 蔡季妙老師

市面上可見到杯緣子、平衡鳥等各項玩具,都與尋找平衡有關。物體在平衡狀態下可能會靜止不動或等速度運動,這個實驗活動僅強調靜止物體的靜態平衡(靜力平衡及轉動平衡)。*配合康軒版六下第1單元簡單機械

準備材料

竹籤3支、長尾夾2個、保麗龍球1個、氣球座1組、膠帶、奇異筆、直尺。

圖2

製作步驟

圖3

實驗小祕笈

完成平衡球後,可以先利用手指當做支點,在A竹籤前後不同位置做測試(如圖1),並搭配移動B和C竹籤上長尾夾的位置,嘗試平衡前後和左右的重量(如圖2),成功達到完美平衡後,手指的位置就是甲處放置位置(如圖3)。

圖4

圖5

知識小補充

力矩

物體受作用力影響時,可能會繞著支點或轉軸轉動,而決定物體轉動難易程度和方向的物理量,稱為力矩。力矩大小受施力大小和力臂長度影響,像是槓桿原理就是一種力矩的應用,另外要特別注意力矩並不是一種力量或能量,而是力量對物體產生的轉動趨向。在平衡球活動中,長尾夾和保麗龍球的重量會產生力矩,造成平衡球轉動後掉落。

圖6

轉動平衡

力矩具有方向性,方向相反的力矩會互相抵消,若物體上所有作用力產生的力矩完全抵消,即力矩總和等於零,此時物體不會轉動,這個狀態稱為轉動平衡。在平衡球活動中,調整長尾夾和手指位置是為了改變力臂長度,增減長尾夾和保麗龍球產生的力矩大小,使其互相抵消,達到轉動平衡。

圖7

靜力平衡

物體受到多個力同時作用時,所有方向相反的力大小相等,力的總和為零,所有方向相反的力矩也相等,力矩的總和為零,此時物體不移動也不轉動,這種狀態稱為靜力平衡,如右方示意圖。此活動的目的就是要想辦法使平衡球達到靜力平衡,完美停止在甲處上。

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