丟出鐵鎚看物理！用手機 App 揭開「質心」優美的運動軌跡

我是科學訓練師桑子研。每天都是一場實驗。

丟出木槌吧！體驗當「鐵鎚兄弟」的快感！

現在是隨手就能拍出「頻閃攝影」的時代！

大家有看過頻閃攝影（Stroboscopic Photography）的照片嗎？翻開理科教科書，常會看到球在空中畫出拋物線，或是運動員跑步時像是有「分身」一樣的分解動作照片。你是否曾經好奇過：「這到底是怎麼拍出來的？」其實這是在全黑的房間裡，讓相機快門保持開啟，並以固定的時間間隔「啪、啪、啪」地打閃光燈，將物體運動的每個瞬間印在同一張照片上的特殊攝影技術。

以前如果想玩玩看，需要專業器材和暗房，在家根本沒辦法。但是，時代不一樣了！現在只要用 iPhone 的縮時或多重曝光相關 App 工具就能辦到。這類軟體會自動辨別畫面中移動的物體，並將軌跡合成在同一張照片裡。今天，我就要利用這個 App，帶大家來揭開隱藏在複雜動作背後，那優美的物理規律。

準備工具

木槌（或是橡膠槌也可以）、絕緣膠帶、iPhone App

※注意：為了避免弄壞地板，請選擇槌頭是木頭或橡膠材質的，並請務必注意周遭環境的安全喔！

實驗步驟

① 首先進行準備工作。找出木槌的重心（平衡點）。試著用一隻手指撐住木槌，找到能讓它維持平衡的地方。在那裡纏上絕緣膠帶作為標記。 ② 打開 iPhone App，做好拍攝準備。找一位朋友幫忙當攝影師會更順暢。

③ 按下拍攝鍵，將木槌像是在旋轉一樣用力丟出去。這一刻，你就是超級瑪利歐裡的鐵鎚兄弟！

④ 拍完後，調整 App 裡的「時間間隔拉桿」，讓影像疊加的層次剛剛好，不會太過擁擠。 ⑤ 將完成的圖片印出來，用筆把木槌的重心（膠帶的位置）一個個連起來。 ⑥ 跟數學課學過的二次曲線（拋物線）比對看看。就這樣，超簡單的吧！(^^)。我也準備了實際操作的影片給大家參考。雖然木槌在轉個不停，但某個特定的點卻動得非常有規律。

讓我們把木槌重心（貼膠帶的地方）突顯出來。用繪圖軟體畫出一條拋物線，跟照片疊在一起。

透過半透明處理將兩張圖疊加後，會發現更有趣的結果。

稍微調整一下縱橫比後，驚人的發現兩者竟然完美契合！

追蹤「質點」運動的意義

看著整支槌子，握柄轉來轉去，看起來像是雜亂無章的亂舞。但是，當我們只盯著重心看時，那裡卻畫出了一道優美的拋物線。在物理學（力學）中，我們會把物體視為一個沒有體積但有質量的點，也就是「質點（Mass point）」，並用數學公式來描述它的運動。

你也許會想：「有體積的東西動起來那麼複雜，哪算得出來啊！」但實際上，只要抓住「重心」，無論物體轉得多瘋狂，它的移動路徑都能用簡單的公式完美預測。這就是物理學的威力，也是從混沌的世界中找出法則的樂趣所在。當然，現實世界中有空氣阻力和風的影響，但只要把這些變數加進公式，就能像計算火箭軌道一樣精準。

這次的槌子實驗，是許多科普書籍中都會介紹的經典案例。不過，光看書跟自己動手用手機拍下「哇！真的是拋物線！」的感動程度完全不同。趁著假日到公園，在注意安全的前提下，親手捕捉這些隱藏在身邊的物理規律吧！

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