向心力?離心力?

向心力?離心力?

目的

旋轉時受力為向心力(Centripetal force)

 

實驗

實驗裝置:密封的壓克力管,內部置水及保麗龍球。

置於氣墊盤上並開始旋轉,並觀察保麗龍球的運動情形。

 

 

原理思考

為什麼小球會移動呢?

 

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先考慮一旋轉中的U形管的受力情況,所受的向心力大小為

   (a:管子表面積、ρ:液體密度) 

下方管中水總受到的向心力 F為 

回到本實驗,故可推得當在管子在旋轉時,保麗龍球浮在水上,水施與向心力,故保麗龍球會往中心移動。

 

討論

1.若保麗球置換成鐵球,此時會有何種結果?(Hint:誰對球作功?)

2.若在有角加速度的條件下,會是何種情況?[1]

3.觀察一旋轉中的液面是一中心凹下的現象,這是什麼原因?[1]

 

鐵球在水中是沉在水底的,此時,水能提供足夠讓鐵球運動的向心力嗎? 當鐵球沉在水底時,水並無法提供足夠鐵球運動時所需的向心力,而其力主要是由管壁所提供,因此,開始旋轉時,鐵球會往外側移動。

 

關於實驗

1.使用氣墊盤時,送風機需一直保持開啟,待實驗結束後方能關閉。

2.注意需將管子確實固定在氣墊盤上。

 

參考資料

“Some dynamic applications of liquid manometer", Am. J. Phys., 3(2), 1935 R. M. Sutton

ACCELEROMETER – BALL IN WATER, University of Maryland Physics Lecture-Demonstration Facility 

 

製作

v.1 黃時霖

 

指導老師

朱慶琪

 

撰稿

黃時霖、朱慶琪