在時速300公里的新幹線裡跳起來會怎樣?用「半顆超級彈力球實驗」來解密!
逐家好,我是科學教練桑子研。對我來講,逐工攏是實驗。
「若是在時速300公里的新幹線內底跳一下,敢會去挵到後壁的壁?」
逐家敢捌有這款疑問?想起來雖然有一點仔恐怖,但事實上根本袂發生這款代誌,對無?這个簡單問題的背後,其實藏著一个宇宙的規則,也就是物理學真重要的原理:慣性定律。
講到「慣性」這兩字,若是干焦讀課本,定定感覺無啥物實感。「振動的東西會繼續振動」,聽起來攏知影,但心肝底總是有點仔袂清袂楚,親像有一層膜隔咧,你係毋是嘛有這款感覺?
所以,今仔日我想欲推薦予逐家的,是我這个理科老師上愛的實驗,干焦用一个簡單的小耍物就做得出來。看完這个實驗,新幹線的神祕謎題保證會變到清清楚楚,予你發現科學真正趣味!
魔法家俬「半粒彈力球」
今仔日的主角就是:半粒彈力球(Half Super Ball)。
千萬毋好小看這款囡仔物,雖然細粒,伊可是幫咱跳過物理難關的高手。半粒彈力球,顧名思義就是將圓形的彈力球切做一半。共伊翻面放咧桌仔頂,伊會因為樹奶恢復原狀的力量,「啪」一下跳真懸!

就算你毋知影它的學名,但看到這款親像章魚吸盤、會「砰」一聲跳起來的小物品,逐家一定攏有印象。
共這个球翻面放佇桌仔頂,它會直直往上飛,這就是得到向上力量(初速度)的鉛直上拋運動。順帶一提,我這是在100元店買到的,花少少錢就能接觸到物理的真理,這就是「科學食譜」的精髓啦!
落來,咱就用這粒神祕的小球,來破解「新幹線大謎題」吧!
科學食譜:破解新幹線跳躍之謎
這个實驗準備起來真簡單,無論是課堂上的開場,還是當作暑假研究的題目,攏真有意思。
準備物品

- 半粒彈力球:去100元店揣就有了。
- 力學台車:學校實驗室攏有。若是厝裡無,找那種擼起來真順的輪子小車嘛會使。
實驗方法佮趣味重點
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先來看看「停咧無振動」的狀態!
首先,先在靜止的桌仔頂讓球跳起來。觀察一下,球會直直升上去,閣直直掉落來。這就是鉛直上拋運動最基本的樣相。
- 來挑戰「振動中的台車」!
這馬是重頭戲!咱共台車當作「新幹線」。予台車跑動的同時,讓上面的彈力球跳起來。
你想看覓,球會掉在哪裡?會因為車子在動,球就掉到後壁去嗎?
出乎意料!?實驗結果大公開
做這个實驗的時候,大家攏會驚一跳,大聲叫說:「喔!」
站在外面的觀察者的視角:
如果你是站在外面看,球看起來是往斜前方畫出一條大大的弧線,這就是拋物線運動。這是因為球跳起來的一瞬間,它本身就帶著跟台車一樣向前的速度。雖然它飛在空中,但因為沒有受到橫向的力量,所以根據慣性,它會維持原本的速度繼續前進。

坐在力學台車上的人的視角:
但是,如果你人就在台車上面呢?你會看到球就在你正上方飛上去,最後閣掉回你的手心。
這就是為什麼在新幹線裡面跳起來,袂去挵到壁的原因!因為你跟火車的速度是一樣快的,就算你跳起來,你的「前進狀態」也會被維持住。所以,在火車的世界裡,跳起來就跟在地面上跳是一模模一樣樣。
這个慣性定律,是當年伽利略佮牛頓這款大科學家發現的物理寶藏。用一个小耍物就能看到跟偉人一樣的風景,敢毋是真予人興奮?
用模擬動畫拆解「動作的真相」

為了讓大家更了解,我也做了一個拋物線運動的模擬動畫。在 Scratch 做的這套教材內底,你可以分開看橫向(等速)跟縱向(上拋)的動作。
看起來複雜的斜向運動,其實拆開來看,就只是「向前的直線運動」加上「向上的投擲動作」結合在一起而已。透過模擬動畫看那條軌跡,關係就會變得很清楚。
在背那些痛苦的公式之前,先用「自己的眼睛看,用心去體會」,這才是學習科學最快樂的事!
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