用玻璃彈珠來揭密！速度與重量交織出的「能量」秘密 —— 動能與功的實驗指南
我是科學訓練師桑子研。每天都是一場實驗。
保齡球用力撞倒球瓶的力道，還是投手投出的球，「咻！」一聲插進捕手手套的衝擊力。在這些充滿力量的現象背後，其實藏著一個有趣的科學祕密：那就是物體所擁有的「能量」轉變成「做功」的瞬間。
這次，就讓我們動手做一個用身邊道具就能完成的簡單實驗，來揭開能量的真面目吧！一起來解開這個謎團：一個移動中的物體，到底蘊藏了多少「做功」的能力呢？
出發！尋找能量的真面目！
聽到「能量」（Energy），你可能會覺得有點難。不過，在物理學界，它的定義非常簡單：「能量，就是物體『做功的能力』」。在我們這次的實驗中，我們將觀察一顆滾動中的球所擁有的「動能」（Kinetic Energy），能夠把一顆三號電池推多遠（=做了多少**「功」**）。
這次實驗的主角是：軌道上滾動的球、放在軌道終點的三號電池，以及測量球速的秘密武器——「Be-Spee」測速儀。
這個「Be-Spee」非常厲害，能瞬間測量通過物體的速度。它在各種實驗中都超級好用，如果你是個科學迷，絕對值得入手一個！
ビースピv
我們特地準備了幾種不同質量的球，像是彈珠、鐵球、黃銅球等等，讓學生自由選擇。實驗任務是：讓球滾下去撞擊三號電池，並記錄當下的「球速」和「電池移動的距離」。想知道最後會得到什麼結果嗎？
如果使用比較大的彈珠，像這樣墊高軌道（「下駄をはかせる」是架高的意思），會更容易撞到電池的中心點喔。
測量球的質量時，用個小杯子裝起來會更方便，這樣球就不會滾走了。
電子天秤とカップ
這次實驗測到的原始數據，我們也公開在這邊了。歡迎你拿去自己分析看看！
運動エネルギーと仕事の実験データ（エクセル）
找出藏在圖表中的秘密！〜速度與做功的關係〜
實驗收集到的數據，可不能只是看看就擺著！科學探索最精彩的部分，現在才要開始。讓我們用「電池移動的距離（做功的大小）」當縱軸，用「球的速度」當橫軸，畫出一個圖表。
這是學生們實際測出來的數據。看得出來他們有多麼努力投入吧！
生徒のグラフ作成例
把所有數據點出來，你有沒有看到一條漂亮的拋物線（曲線）出現了？
這條曲線看起來好像很複雜，但其實只要施展一個「魔法」，它的真面目就會現形！這個魔法就是：把橫軸從單純的「速度」，變成「速度的平方（速度 × 速度）」！
有沒有！剛才那條曲線就像騙人一樣，變成了一條美麗的直線！這說明了電池移動的距離（做功）與球的速度平方成正比。也就是說，速度變成 2 倍，做功就變成 4 倍；速度變成 3 倍，做功就變成 9 倍！是不是很驚人？這強烈地展現了速度所蘊含的巨大力量。
重量也是力量的來源？〜質量與做功的關係〜
速度的秘密解開了。那球的「質量（重量）」又是怎麼影響的呢？就算速度一樣，輕的彈珠和重的鐵球，推動電池的力道一定不同。現在，我們利用剛才圖表的數據，找出球速在 2 m/s 時，不同質量的球所推動的距離，並把它們畫成圖表。
這次，我們又看到了一個漂亮的直線關係！這代表了做功的大小，與物體的質量成正比。你的直覺是對的：越重的球，威力就越大！
實驗解開了能量的真面目！
來，把我們這兩個發現合起來看：
・做功與物體的「速度平方」成正比。
・做功與物體的「質量」成正比。
從這兩點，我們可以推導出一個物理學中極為重要的法則：「物體所擁有的動能，與該物體的質量和速度的平方成正比」。這就是大家熟悉的動能公式的本質！
如果你疑惑：「咦，那個
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是從哪來的？」你真是問到重點了！這個「
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」的係數，其實是從更高等的計算中推導出來的。在實際的實驗裡，由於摩擦力、空氣阻力、以及碰撞時轉化成的聲音和熱能等等，會有很多能量損耗，所以結果不會完全吻合公式。但透過這個實驗，你是不是已經親身感受到了能量由「質量」和「速度的平方」所決定的這個基本原理了呢？
不再只是在書桌上背公式，而是親手操作、親自發現自然法則。這就是科學最迷人的地方啊！
以下是學生們實際進行的其他實驗情形。這次他們是改變球滾下來的高度，來探討「位能」（Position Energy）和做功之間的關係。這裡面也有很多有趣的發現喔！
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