百發百中!不管速度多快都一定命中的神奇定律:猴子獵擊遊戲

逐工攏是實驗室。逐家好,我係科學教練桑子研。

試想看咧:樹仔頂有一隻真膽小的猴狙,只要聽著大聲公的聲,伊就會驚一下放手跌落落來。這馬咱對地兜向彼隻猴狙射一粒球。就在發射「砰!」一聲的同時,猴狙嘛開始向下掉。欲射中振動的東西親像真困難,毋過這其中其實藏著物理學神妙的「規則」。今仔日,我就欲來紹介高中物理上蓋時行的主題:猴狙獵人(Monkey Hunting)的奇妙世界!

「猴狙獵人」到底是啥物神奇的問題?

在物理的世界,「猴狙獵人」是一門真出名的思考實驗。

簡單講,就是有一隻猴狙原本停在樹仔頂,等伊開始「自由落體」掉落來的時候,咱欲用啥款角度、偌緊的速度發射子彈,才有法度準準射中伊咧?

假使目標袂動,按呢真簡單;毋過若是發射的瞬間猴狙就掉落來,咱是要瞄準下一點仔?還是有啥物特別的撇步?(文章最後,我有準備一張挑戰書,予愛用數學解題的朋友試看咧喔!)

先用模擬遊戲來耍看咧!

講一大堆道理,不如直接落手做實驗上緊!我寫了一個程式,先將猴狙囥在45度角的位置。按呢球欲用幾度射出去才會著咧?請逐家來這試驗看咧:

來去耍模擬器

揤一下「GO」的鈕仔,球就會射出去。球的角度佮速度攏會當利用倒手爿頂面的鈕仔來控制。逐家會當試看咧無仝的速度佮角度。比方講用45度、速度17來射看看……?若是網頁開袂起來,嘛會當看這段影片:

大家感覺按怎?其實,答案予人真意外喔。

物理的神蹟!一定射中的法則

答案就是:只要一開始你的槍口是直直對準猴狙的方向,毋管子彈的速度偌緊、偌慢,攏一定會射中猴狙!你可能會想講:「哪有可能?速度無仝嘛會著?」這就是物理趣味的地方。

咱來看實際的實驗影片,你就會知影物理法則有偌厲害。

為啥物會按呢?原因就是「子彈佮猴狙,攏受著同樣的重力在拖」。假使無重力,子彈會直直行去撞著猴狙;毋過現實生活中有重力,所以子彈佮猴狙攏會平平向「下跤」摔落去。結果就是:不管在佗一個時間點,子彈偏離原本路線的距離,攏會拄好等於猴狙掉落來的距離,最後就在半空中「鏘!」一聲撞做伙。

子彈射愈緊,就會在愈懸的地方撞著;射愈慢,就會在愈低的地方撞著。當然啦,若是傷慢,球可能還未撞著就先掉到地上去。但是理論上講,假使地兜無底,不管速度偌慢攏一定會中。

本格派挑戰:用數學證明看咧!

這个現象,歡迎逐家挑戰用數式來證明看咧。國中生嘛會當當作先偷學高中的「物理」,感覺真趣味喔!

問:在時間 t=0 的時陣,對原點 O 用速度 v0、角度 θ 射出一粒粒子彈 A。在座標 (a, b) 的位置有一隻猴狙 B,聽到聲嚇一驚,同時以初速度 0 開始跌落。重力加速度是 g。請證明:當槍口的角度 θ 是某一个特定值時,毋管 v0 是偌多,子彈攏會射中猴狙,並求出這个角度 θ。

問題學習單對這下載!

真熱情的讀者回饋!

有一位家長佮囡仔做伙耍這个模擬器,傳來真棒的心得:

「對囡仔來講,『射猴狙』這件事實在是太好耍啦!我後生雖然還聽無物理的道理,但是伊會自己想講:『若是閣攑懸一點仔會著無?』『閣較緊一點仔咧?』看伊在那試來試去,揤鈕仔的時陣還會大聲喝:『GO GO GO!』耍到真出力。」

逐家聽著物理可能感覺真硬、真歹讀,毋過若是對「耍」開始,就能夠培養對科學的好奇心,這嘛予我感覺真安慰!

聯絡佮合作請看遮

予科學的趣味閣較親民!遮有真多在厝內就能耍的科學實驗佮撇步,歡迎逐家多加利用!
・科學私房菜的內容已經出書囉!詳細請看
・想欲了解經營者桑子研請看
・各種合作邀請(寫稿、演講、實驗課、電視監修、演出等等)請看
・最新的文章消息攏在X(舊Twitter)

科學私房菜 YouTube 頻道有真多實驗影片喔!

2月のイチオシ実験!梱包材で遊ぼう!

体中に梱包材をはりつけてみよう!

テレビ番組・科学監修等のお知らせ

  • 月曜から夜更かし」(日本テレビ)にて科学監修・出演しました。
  • 2月27日 科学監修をした番組が放送予定です。

書籍のお知らせ

講師・ショー・その他お知らせ

Explore

  • 楽しい実験…お子さんと一緒に夢中になれるイチオシの科学実験を多数紹介しています。また、高校物理の理解を深めるための動画教材も用意しました。
  • 理科の教材… 理科教師をバックアップ!授業の質を高め、準備を効率化するための選りすぐりの教材を紹介しています。
  • Youtube…科学実験等の動画を配信しています。
  • 科学ラジオ …科学トピックをほぼ毎日配信中!AI技術を駆使して作成した「耳で楽しむ科学」をお届けします。
  • 講演 …全国各地で実験講習会・サイエンスショー等を行っています。
  • About …「科学のネタ帳」のコンセプトや、運営者である桑子研のプロフィール・想いをまとめています。
  • お問い合わせ …実験教室のご依頼、執筆・講演の相談、科学監修等はこちらのフォームからお寄せください。