國立中央大學物理演示實驗 NCU Physics Demonstration Lab

角動量守恆

飛輪與旋轉座椅

目的

參與者親身感受局部角動量(Angular momentum)變化的效果。

實驗

實驗裝置:活動轉椅,飛輪,和電鑽。

  1. 請一位同學作演示者,坐在活動轉椅上,手持飛輪。

    實驗演示1

    ×實驗演示1

  2. 用電鑽讓飛輪快速轉動,請演示者變動飛輪位置,觀察演示者和飛輪的轉動情形。

    實驗演示2

    ×實驗演示2

原理思考

  1. 當演示者將飛輪軸順時針方向旋轉時,旋椅轉動方向為何?
  2. 當演示者將飛輪軸逆時針方向旋轉時,旋椅轉動方向為何?

原理探究

×原理探究

  1. 由於演示者坐在活動轉椅上,他和飛輪成一個獨立系統,角動量必須守恆。
  2. 演示者變動飛輪軸的方向時,他的身體和座椅會作對抗運動,企圖維持角動量守恆。

討論

演示者先感受到雙手轉變飛輪軸時傳回來一股扭力,他為了維持坐姿,雙腿會用力因而帶動座椅旋轉。

關於實驗

  1. 座椅必須非常滑順,摩擦力越小時的效果越佳。
  2. 飛輪直徑越大而且重量越重時效果越好。
  3. 操作時注意演示者的安全,飛輪脫手或演示者摔倒都容易造成受傷。演示助教必須要有豐富的操作經驗才能上場。

參考資料

  1. ROTATING CHAIR AND BICYCLE WHEEL(University of Maryland Physics Lecture-Demonstration Facility)
  2. ROTATING CHAIR AND WEIGHTS(University of Maryland Physics Lecture-Demonstration Facility)

製作

v.1 周瑞星、詹資能

指導老師

易台生

撰稿

易台生