釘床

釘床

目的

澄清作用力與壓強(pressure, 一般譯為壓力)的差別。

 

實驗

實驗裝置: 550支釘子密佈的釘床和氣球。

1.準備一個氣球,用一根鐵釘將氣球刺破,同時觀察氣球被刺破時,磅秤的讀數是多少(也就是測試氣球在施力多大時會破)。

 

 

2.再準備一個大小差不多的氣球,這一次用釘床來壓迫氣球,並觀察氣球受壓的情形。氣球是否仍如前一實驗般很容易就破了?

 

 

原理思考

用更多的釘子施力作用在氣球上,為甚麼氣球反而不容易被刺破?

 

壓強(Pressure)是指單位面積上作用的外力,它的單位是Pascal(帕),也就是。千萬別以為它是「力」(由單位就可知),故建議以壓強為翻譯名詞較為適當。 只用一個釘子壓破氣球時,由於受力面積很小,略施力其壓強就很大,使得氣球無法承受而破裂。但若用整個釘床施壓,反而因為受力面積增加了(由數百根釘子共同分攤力),因此每個釘子上的壓強自然不足以使氣球破裂。所以決定氣球會不會破的是「壓強」大小,而不只是「施力」大小。看起來好像違背直覺,其實仔細想想是合理的。

 

討論

1.若將氣球換成你的肚子,你有勇氣試嗎?(如果將釘床尖的一面朝下放在你的肚子上,然後找一個人坐在釘床上,稍微算一下每一根釘子上的壓強,考慮看看!)

2.承上題,釘床的密度應該愈密愈好,還是稀疏一點比較安全?

 

關於實驗

使用前必須先確定釘子在用力敲擊釘板背部時也不會從釘板上鬆脫,否則有危險。

 

參考資料

“Fundamentals of Physics", 7th ed., John Wiley & Sons, 2005, New York., D. Halliday, R. Resnick, J. Walker

 

製作

v.1 林政達

 

指導老師

易台生

 

 撰稿 

朱慶琪(this version),杜宗勳v1