隨意平衡秤
相同重量對於對稱軸有不同的距離，卻可以達成隨意平衡。
目的
正確闡釋力矩平衡的意義。
實驗
實驗裝置：有六個活動支點的矩形框架兩邊固定兩支等長的橫臂。框架中央的兩個支點架在地上直立的支撐桿上。
- 兩邊等長的橫臂上可隨意放置等重的砝碼，砝碼的位置不打緊，矩形框架在任何形狀下都能顯示出力矩平衡。
- 調整任一邊的砝碼相對位置都不會影響矩形框架的平衡狀態。
- 在任一橫臂上多加一枚砝碼，觀察矩形框架失去力矩平衡的表現。
×實驗演示
原理思考
針對兩邊橫臂上砝碼的位置考量，所有重力和結構合力作用在哪裡？ 參考的支點是哪一點？
×原理探究
- 框架四個角上的活動支點抵消了兩邊橫臂上不同位置的砝碼造成的扭力矩。
- 針對支撐軸棍上任一點，兩邊砝碼造成的力臂一樣長，相同砝碼的力矩一般大，所以框架可以隨意平衡。
討論
- 兩邊橫臂放一樣重的砝碼，觀察矩形可能的平衡位置。
- 調整橫臂兩邊砝碼的相對位置，觀察矩形可能的平衡位置。
- 增加一邊橫臂上的砝碼重量，觀察矩形可能的平衡位置。
- 左邊固定橫臂的架構有甚麼效用？右邊的又如何？
關於實驗
- 市場上的秤都採用這個結構，注意到了沒有？ 小販把待秤物放在秤盤上任何位置都得到同樣的重量讀數。
- 矩形框架可用鋁條製作, 但是打洞位置要精確。
- 六個活動支點摩擦力越小越好。橫桿為單層鋁板，直板為雙層鋁板。六個活動支點上都有滑動墊片減少摩擦。
參考資料
- ROBERVAL BALANCE(University of Maryland Physics Lecture-Demonstration Facility)
製作
v.1 易台生
v.2 曾前助理
指導老師
易台生、陳泰利
撰稿
陳泰利
