科學魔法王:飛轉水桶不瀉水

[2017.05.15] 發表

【明報專訊】試想想,如果你把自來水注入一個水桶,然後將水桶在你的頭上倒轉過來,後果將會是不堪設想呢!只要運用少許物理學原理,你不但不會滿身濕透,甚至可以將之轉化為一場魔法表演呢!

文、圖:順利天主教中學化學及數學科教師、香港數理教育學會及香港科學創意學會理事 李偉瀚

■材料

自來水

1個水桶

■施展魔法步驟(圖a)

1. 將自來水注入水桶內,約至一半滿。

2. 手持水桶的手柄,拿茪翿磼韘b雙腳前方的位置。

3. 緊緊捉住水桶的手柄,讓水桶及堶悸漱竷H一定的速度不斷轉圈。

只要旋轉的速度夠快,無論水桶處於任何位置,甚至在最高點,堶悸漱蘅椄O不會瀉出來的。現場觀眾定必感到非常驚訝呢!

■科學原理:向心力

這是一個關於向心力(centripetal force)的實驗活動。當一個物體做圓周運動(circular motion)時,其運動的速度(velocity)會提供一個力(force),令到它改變運動方向,來達至其圓周運動的軌[,這個力就是「向心力」。

水桶和水能不斷改變運動方向,做出圓周運動的軌[,其實是因為向心力的驅使。

為什麼水桶內的水不會瀉出來呢?當水桶去到最高點時,因水桶沒有蓋,再加上地心吸力,水看似會瀉出來。但原來當它去到最高點時,其重量加上水桶給予水的作用力合起來,正好提供了繼續做圓周運動的向心力,因此水不會瀉出來。但若水桶的旋轉速度不夠快,水就有可能飛瀉出來,因為水的重量大於圓周運動所需向心力呢。

■注意事項

1. 在練習期間或表演前,你最好先預備毛巾及地拖,萬一失敗,也可以盡快清理。

2. 表演場地附近最好有充足的自來水供應,即使有時表演不成功,也可以反覆表演。

■魔法小貼士

1. 切勿將太多自來水注入水桶內,以免表演開始或即將停止時,水會飛瀉出來。一般來說,水的分量不宜少於水桶容量的三分之一。

2. 若旋轉的速度不夠快,水桶內的水有可能會飛瀉出來。

■科學探究

你可嘗試將不同分量的水倒進水桶,及以不同的速度去為水桶轉圈,看看哪分量的水和怎樣的旋轉速度能作為以上活動的最佳組合。

[常識學堂 088期]

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