【小測驗】在平衡點切開紅蘿蔔,哪一邊比較重? -用蔬菜來理解「力矩」!

大家好,我是科學教練桑子研。逐日攏是實驗日。

咱的直覺有時予物理法則「騙騙去」。比喻講,你面前有一條吊予好勢、無歪去哪一邊的人參(紅蘿蔔),若準咱對吊繩仔的位仔共切落去,你敢會覺得兩爿應該平重?其實,遮隱藏一個支持咱日常生活的物理秘密。今仔日想欲同大家分享一個愛動腦的「物理益智問題」,做伙來想看覓咧!

這馬欲來問問題囉!鏘鏘鏘鏘!

親像下面按呢,用一條繩仔共人參吊起來。圖請想像一下喔:

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這个時陣,若共繩仔縛佇人參中央閣再偏右爿、較粗的那一爿,伊就會吊到平平平。問題來囉!假使咱對這个縛繩仔的位仔共伊切做兩截,左爿(較幼的一截)佮右爿(較粗的一截),哪一爿會較重?

逐家想看覓,你感覺咧?按呢,咱來看答案囉。答案會佇這个影片內底詳細解說:

結果予人意外!原來重量無平重?

事實上,兩爿的重量無平重喔!有一爿明顯較重。咦!?你敢咧想是哪一爿?這个是「物理益智問題」裡底真經典的名題。下面我來解說原因,關鍵字就是「力矩」。

較粗的那爿:

68公克

閣來是較幼的那爿:

56公克

無毋著,較粗的那爿較重!

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較粗的較重,較幼的較輕

為啥物會按呢?咱來用數學的觀點共這个秘密拍開。

「予伊轉的力量」:力矩是啥物?

舉一个例子,假使你要用扳手(蚔螺)共一粒縛真絚的螺絲帽旋開。若欲出力較大,你會攑扳手的哪一個位仔?相信你直覺攏是攑扳手柄的最尾端。因為離旋轉中心(轉軸)愈遠的位仔,出力愈省,轉動的力量就愈大。這就是「力矩」的概念。公式大概是按呢:

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M = F × L

力矩 = 力量 × 距離(手骨長度)

這个公式真重要!無單純看「重量(力)」,愛配合「對中心的距離(手骨長度)」,兩个合起來才會決定伊轉動的氣勢。

力矩平衡的時陣

若是咱用一支輕輕的棍仔佮兩粒平重的小物件來做天秤。這个時陣,若共繩仔縛佇棍仔中央,伊就會水平吊好勢。

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這个時陣,對繩仔的位置來算,兩爿的力矩會平大:

左爿: 2N × 10cm = 20N・cm(倒手旋)

右爿: 2N × 10cm = 20N・cm(順手旋)

親像按呢,順手旋佮倒手旋的力矩平大,物體就袂黑白旋,會靜止定定。這就叫做「力矩平衡」。

吊重量無平的東西會按怎?

現在咱來講重點囉。假使兩爿重量無平重,一爿是6N的重球,一爿是2N的輕球。欲予伊平衡,繩仔就袂使縛佇中央,愛向重的那一爿移過去。

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試看覓,伊會佇下面這个位置達到平衡:

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左爿: 6N × 5cm = 30N・cm

右爿: 2N × 15cm = 30N・cm

算落去力矩果然平大!若是咱對縛繩仔的位仔共伊斷落去?

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理所當然,左爿(6N)一定比右爿(2N)閣較重嘛。

人參之謎,終於解開!

轉來頭前人參的問題:

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人參平衡的繩仔位置,是離較粗的那爿較近。這佮頭前「6N佮2N」的實驗完全一模一樣。

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較幼長的那截,因為離中心較遠,就算是輕輕仔重,嘛會產生真大的力矩。反過來,較粗的那一截離中心真近,愛真重才有法度平衡。所以答案就是:「較粗的那一截比較重!」力的分佈就像按呢:

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若有物理的眼光,就算是菜市仔的一條菜,你嘛會發現遮充滿美麗的公式佮平衡的世界。我閣有準備真多有趣的問題,攏寫佇科學檢定教科書內底,有興趣的會使來看看咧。

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