向心力與摩擦力
地板消失的感覺？
目的
表現圓周運動向心力與摩擦力的關係。
實驗
實驗裝置：在可控制轉速的圓盤邊緣上，豎立一片中間有橫向縫隙的木板。縫隙中平放一小板作為假人站立的底板，縫隙大小比小底板稍大，讓小底板與假人的重心落於縫隙範圍內。假人可採用橡皮擦或小玩偶。
- 由靜止開始逐漸加速進行圓周運動，直到小底板飛離。
- 小底板飛離後不再加速並逐漸降低速度，觀察假人狀況。
×實驗演示
原理思考
- 小底板為何飛離？
- 小底板飛離後，人失去站立點，是否會立即掉落？
- 何時假人才會掉落？
×原理探究
- 小底板作圓周運動必須有向心力作用其上，這向心力是由小底板與人重量加諸於木板縫隙的摩擦力所提供。速度越大所需的向心力也越大(
)。當向心力大於最大靜摩擦力，摩擦力再也無法支持所需的向心力時，小底板便會沿運動軌跡的切線方向飛去。
- 人的向心力則由其與小底板的摩擦力及木板的反作用力所支持。人與小底板的摩擦力來自於人的重量；而與木板的反作用力則來自人施於木板的正向力。小底板飛出後，人的重量與人施於木板的正向力所造成的摩擦力平衡，故人不會下落。
- 當速度變小，向心力（即木板反作用力）變小，亦即人施於木板的正向力變小，摩擦力變小，無法支撐重量，人便會掉落。
討論
- 人施於木板的正向力與木板的反作用力二者是如何產生的？
- 若人的背部無摩擦力，情形會如何？
- 參考座標系若設於人，該如何討論？
- 請有玩過這種遊樂設施的人談談親身經驗。
關於實驗
遊樂場有所謂 Rotor ride 是最好的體會。以兩塊磁鐵隔著板子作實驗，也是很好的展示。
參考資料
- Halliday, Resnick, Walker,"Fundamentals of physics, 7ed. Ch.6."
製作
v.1 曾前助理、張正忠
指導老師
陳泰利
撰稿
陳泰利
