科學遊戲-- 交替溫鞦韆

文與圖/許良榮 |2012.04.04
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交替溫鞦韆

這次要玩的是二個鞦韆很有禮貌的交換擺盪遊戲。靜止的擺錘開始擺動後,先開始擺動的擺錘則會停下來;接著,擺動中的擺錘又會慢下來甚至停止擺動,再換另一個擺錘開始擺動,如此交替擺動、靜止、擺動、靜止……很有禮貌的交換擺盪。是不是很有趣呢?



所需器材:

棉線、鉛錘(或以大螺帽、石頭等重物代替)。



操作步驟:

一、取一段棉線約一公尺長,二端固定在椅子或固定物上(如圖一的紅色線段)。

二、另取二條棉線各約五十公分,分別綁上鉛錘後,再綁在步驟一的棉線上,注意距離要平均(如圖一)。

三、將其中一個擺錘提起來,自由落下開始擺動。仔細觀察,另一個原本靜止的擺錘會有何變化?後續又是如何變化呢?

小朋友發現了嗎?由於綁著擺錘的棉線不是固定的(圖一的紅色線段),可以隨著擺錘擺動,因此二個擺錘的能量可以互相影響。把其中一個擺錘提起來(圖二的紅色線擺錘),自由落下開始擺動後,會帶動原本靜止的擺錘(圖二1的藍色線擺錘);紅色擺錘繼續擺動時,藍色擺錘跟著擺動越大(圖二2),紅色擺錘的能量部分會分散給藍色擺錘。當紅色擺錘往回擺動時(圖二3),藍色擺錘還繼續擺動中,但由於方向不一樣,紅色擺錘的擺動能量會逐漸減低。

繼續擺動到圖二4,紅色、藍色擺錘擺動方向不一樣(抵消干涉),紅色擺錘的擺動能量就降低到幾乎停下了。當藍色擺錘繼續擺動,則反過來影響紅色擺錘,如此反覆,就形成交替擺動、靜止、擺動、靜止……的現象了。



老師的叮嚀:

1.盡量以形狀規則、簡單的物品當作擺錘的重物,避免用咖啡杯、剪刀等形狀較複雜的物品,以免伴隨轉動或左右搖晃的現象,影響交替擺動的規律性。另一方面,擺錘不要使用太輕的物品,重一點的擺錘交互擺盪的現象會比較明顯,也保持比較久。

2.一開始提起其中一個擺錘時,不要用力拉,輕輕放下即可,並注意讓二個擺錘之間的線(擺長)互相平行,如果沒有平行,擺盪過程很可能會撞到。

3.為了增加趣味性,可以在擺動過程,故弄玄虛念念有詞,讓二個擺錘好像是受到控制一般擺動、靜止、擺動、靜止……的交替運動,讓人以為你是在變魔術。



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