只用一根筷子就能提起!?米粒與寶特瓶的科學魔術(摩擦力的爆發威力)

科學訓練師 桑子研。每天都是實驗日。

只用一根筷子,就能把裝得滿滿、沉甸甸的寶特瓶米粒抬起來,你相信嗎?你可能會覺得:「怎麼可能啦!」但只要掌握「一點小撇步」,它就會像施了魔法一樣被提起來喔。今天,我就要來介紹這個既神奇又有趣的科學實驗。實驗器材都是家裡隨手可得的東西。來吧,一起打開科學魔法的大門!

來試試看吧!筷子挑戰賽

首先,讓我們親身體驗一下這個現象有多麼令人驚訝。

步驟一:一般的方法 將米粒順暢地倒入寶特瓶中,然後把筷子輕鬆地插進去。

接著,輕輕地握住筷子試著往上提。…怎麼樣呢?是不是只有筷子「咻」地一聲滑出來了呢?嗯,這很正常啦。

步驟二:神奇小動作 重頭戲來了!把裝有米的寶特瓶,在桌上輕輕「叩、叩、叩」地敲一敲。你會發現米粒之間的空隙被填滿,整體的米量會稍微下沉一些。為了不留縫隙,你可以再補一點米,然後繼續「叩、叩、叩」。重複這個動作,直到寶特瓶裡的米被壓得緊緊實實。

好,準備就緒。這次,對準那些緊實的米粒中心,用力地把筷子插下去!然後,像之前一樣握住筷子往上提提看…

哇!裝得滿滿的寶特瓶竟然和筷子一起被提起來了!看起來就像米粒和筷子被超強黏膠黏住了一樣。是不是很不可思議呢?

魔法的真相是,微小力量的大合奏!

這個現象,其實並不是什麼魔法,而是我們日常生活中非常常見的**「摩擦力」**在發揮作用。

雙手互相搓揉會變熱,對吧?這也是摩擦力的功勞。摩擦力就是指物體與物體接觸的表面上,會阻礙物體移動的一種力量。

那麼,為什麼米粒被壓得緊實之後,摩擦力會變強呢?關鍵就在於另一個力量——「垂直作用力」(或稱正向力)。雖然聽起來有點學術,但你可以把它理解為「將物體壓緊的力量」。

透過「叩、叩、叩」的動作來填實米粒,讓每一粒米都處於與相鄰米粒、筷子,以及寶特瓶壁互相強烈擠壓的狀態。這種「擠壓的力量(垂直作用力)」越強,與之成正比,「阻礙移動的力量(摩擦力)」就會大幅增強。用公式來表示,摩擦力(f)如下所示:

f=μN

μ (Mu,唸作繆) 代表摩擦係數,而這次實驗中最大的關鍵就是 N,也就是垂直作用力。透過緊緊地塞實,讓這個 N 值變得非常巨大。

雖然一粒米所產生的摩擦力非常小,但寶特瓶裡有成千上萬的米粒。這無數米粒所產生的微小摩擦力匯集起來,就像一場盛大的交響樂一樣,形成一股巨大的合力,緊緊地抓住筷子不放。當這股合力大於米粒和寶特瓶的總重量時,這個不可思議的現象就會發生。

這個原理是粉末(粉)和顆粒(粒)大量聚集的物質,在科學上被稱為「粉體」,是粉體非常有趣的一個特性,目前在科學界也持續有著熱烈的研究呢。請務必在朋友或家人面前展示這個科學魔術吧!他們一定會感到非常驚訝!

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