錐體上滾
操作步驟:
使用圓柱筒(PVC管),將圓柱筒放置在V字型軌道中央段,觀察圓柱筒往高的那一端或低的那一端滾動?
使用錐體(以二個漏斗拼裝或3D列印製成),將錐體放置在V字型軌道中央段,觀察錐體往高的那一端或低的那一端滾動?
再將二根長的方形木棍的V字型開口端緊靠內側的二根圖釘,使得V字型軌道的張角變小。重複步驟1,觀察V字型的張角對錐體運動的影響。
再以短的方形木棍墊高將釘有四根圖釘的短的方形木棍,改變V字型軌道與桌面的傾斜角。重複步驟1、3,觀察V字型的傾斜角對錐體運動的影響。
原理說明:
雙錐體之所以向上滾動,並非雙錐體違反地心引力,而是V字型軌道構造造成的視覺上的錯覺。雙錐體是對稱結構,所以重心會在雙錐體的中心點。
雙錐體在低處的時候,與軌道的接觸點離重心較遠;當雙錐體滾動到高處的時候,軌道的接觸點與重心的距離變近。因此,雖然雙錐體的位置是由低到高,但其重心仍然是由高到低,所以雙錐體實際上並沒有違反地心引力。
更詳細的分析,請參考圖下圖。如圖所示,圓筒的重心是在與V字型軌道接觸點所連成支撐軸的左側,因此圓筒會向左側較低處滾動;錐體的重心是在與V字型軌道接觸點所連成支撐軸的右側,因此圓筒會向右側較高處滾動。
使用圓柱筒(PVC管),將圓柱筒放置在V字型軌道中央段,觀察圓柱筒往高的那一端或低的那一端滾動?
使用錐體(以二個漏斗拼裝或3D列印製成),將錐體放置在V字型軌道中央段,觀察錐體往高的那一端或低的那一端滾動?
再將二根長的方形木棍的V字型開口端緊靠內側的二根圖釘,使得V字型軌道的張角變小。重複步驟1,觀察V字型的張角對錐體運動的影響。
再以短的方形木棍墊高將釘有四根圖釘的短的方形木棍,改變V字型軌道與桌面的傾斜角。重複步驟1、3,觀察V字型的傾斜角對錐體運動的影響。
原理說明:
雙錐體之所以向上滾動,並非雙錐體違反地心引力,而是V字型軌道構造造成的視覺上的錯覺。雙錐體是對稱結構,所以重心會在雙錐體的中心點。
雙錐體在低處的時候,與軌道的接觸點離重心較遠;當雙錐體滾動到高處的時候,軌道的接觸點與重心的距離變近。因此,雖然雙錐體的位置是由低到高,但其重心仍然是由高到低,所以雙錐體實際上並沒有違反地心引力。
更詳細的分析,請參考圖下圖。如圖所示,圓筒的重心是在與V字型軌道接觸點所連成支撐軸的左側,因此圓筒會向左側較低處滾動;錐體的重心是在與V字型軌道接觸點所連成支撐軸的右側,因此圓筒會向右側較高處滾動。