麥可·傑克遜教你玩物理！看懂「零重力」背後的力矩平衡
我是科學教練桑子研。每天都是一場實驗！
你曾讓空鋁罐像這樣立起來嗎？
首先，請看看這段影片或照片。你敢相信嗎？那個細長的空鋁罐，竟然能以一種不可思議的絕妙平衡，斜斜地站著。這景象是不是有點難以置信？
這姿勢，簡直就像麥可・傑克森的「零重力前傾舞步」（※演唱會上的招牌動作），所以我把這個罐子取名為「麥可・傑克森罐」。
想看麥可・傑克森的零重力舞步，請點這裡。
當然，我沒用膠水把罐底黏在桌上，桌子也沒有傾斜。這桌子完全沒動過手腳，但空鋁罐就是立起來了…孩子們看到這個，絕對會驚訝得目瞪口呆。但當他們自己動手試試看，卻怎麼都辦不到。或者說，如果只是空罐子，是絕對辦不到的。其實，這裡面藏著一個「小秘密」。
罐子裡有玄機？空鋁罐能立起來的機關是什麼？
秘密就在罐子裡。罐子裡裝了一點水。當你把水裝到大約罐子高度的1/5左右，這個罐子就能在斜斜的狀態下保持平衡了。最好用像啤酒或汽水這類，罐身稍微有點弧度的罐子來做實驗。例如，啤酒空罐的底部是斜切的，接觸面積比較寬，這樣會更容易站穩。
這個實驗，大家一定要在家裡試試看。喝完啤酒後，在孩子面前把空罐子斜斜地立起來，他們肯定會瞪大眼睛驚呼：「哇！怎麼辦到的！？」當然，如果是給孩子玩，請使用果汁罐，並且把裡面的水全部倒掉，讓他們自己挑戰看看。因為不太容易成功，他們搞不好會對你投以「爸爸／媽媽好厲害！」的崇拜眼神喔（笑）。
為什麼裝了水，罐子就不會倒了？
那麼，為什麼在罐子裡裝了大約三分之一的水後，原本不穩定的罐子，突然就能以這種狀態站穩了呢？首先，當我們立起一個空罐時，它的重心和垂直作用力會連成一條線（在同一個作用線上）。
※無論罐子裡有飲料還是空的，原理都一樣。
這時候，物體的力矩（讓物體轉動的力）會達到平衡，所以物體不會倒下。但當你把罐子傾斜時，重心會偏離垂直作用力所在的線，這時重力就會產生一種能讓罐子倒下的旋轉能力（力矩）。因此，空罐子就會倒下。
這就是空罐子會倒下的原因。那麼，為什麼「麥可・傑克森罐」不會倒呢？秘密就在於，只要在罐子裡裝一點點水（或是留下一點飲料），罐子的重心位置就會往左邊移動。
這樣一來，重心就會回到垂直作用力的作用線上，力矩達到平衡，罐子就能以這種奇怪的姿勢保持平衡了。像蜻蜓形狀的不倒翁也是利用力矩平衡的原理，才能以有趣的姿態靜止不動。
由此可見，一個物體要能站穩並靜止，力矩平衡這個條件非常重要。這個實驗不只視覺效果吸睛，也是一個能直觀學習「力矩」概念的絕佳教材。
也來想想達摩不倒翁的力矩原理吧！
為什麼「達摩不倒翁」不管怎麼推都推不倒，推倒了還是會自己站起來呢？這也和力矩有很深的關係。我們來看看達摩的例子。達摩的底部是圓形的，而且內部通常會加重，讓重心保持在下方。
那麼，如果我們把這個達摩不倒翁大幅度地傾斜，會發生什麼事呢？
因為達摩的底是圓的，接觸點會跟著移動。再加上達摩的重心很低，從垂直作用力與重力的關係來看，會產生一個把達摩拉回來的力矩。
麥可・傑克森「零重力前傾舞步」的秘密…？
順帶一提，麥可・傑克森本人那個招牌前傾舞步，其實也有著紮實的物理機關。他利用了特殊的鞋子和舞台結構，來控制力矩的平衡。原來這個「不會倒」的秘密，背後是科學原理在運作呢。
上課或在家都能用！這個實驗的重點整理
• 適合年級：國中一年級「力與作用」單元
• 準備物品：空罐子、水、桌子
• 關鍵詞：力矩、重心、垂直作用力、旋轉平衡
• 延伸應用：達摩不倒翁和不倒翁玩具也適用！
想知道什麼情況下會倒，什麼情況下不會倒，可以參考這篇文章。
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