G09　物理力學廳

當運動方向無外力作用時，單擺車可視作為一個封閉物理系統，而這個封閉的物理系統需要遵從動量守恆定律。根據動量守恆定律，擺錘的移動速度跟小車的速度成正比。假設軌道沒有摩擦力，擺錘的擺動方向不斷改變，小車的速度也會不斷改變，當擺錘被固定時，小車將會以均勻的速度前進。

伽利略觀察小球在斜台上滾動，試圖了解重力。他利用斜台減少重力的影響，從而計算小球移動一定距離的時間。
他發現不論物體的重量是多少，它們在重力作用下的加速度都是相同的。

最短的軌道就是最快的嗎？
小球下滑得最快的坡道其實是擺線形的坡道。這條坡道的前端傾斜度大，因此小球下滑的加速非常快，並且在其下滑的過程中，大部分時間都保持了這個速率。其他坡道也許更短，但其前段的傾斜度不夠大，小球下滑的速度就不會那麼快，其速度在下滑過程的最後段才達到最高。

讓小球沿紅色球道落下，然後仔細觀察它能否完全穿過鐵圈中，你可試用球道下方的圓盤調校彈板的角度，再把鐵圈移動並排列一致而讓小球完全穿過嗎？打賭你不能一次就成功 。

小球彈跳曲線稱為“彈道或軌跡”。知道是什麼力量讓曲線的方向向下嗎？答案是重力。試著移動彈板改變小球的曲線。

抛出小球圍著桿子轉，小球在旋轉時，拉動繩子，小球的轉動速度發生怎樣的變化？

小球代表一顆行星，桿子的中心可以被想像成太陽的位置，小球圍著桿子轉，正如行星圍著太陽公轉。一顆行星離太陽越近，它的公轉時間就越短。比如離太陽最近的行星——水星公轉一周只有88天，而離太陽最遠的行星——海王星公轉一周則是165年。

按下按鈕開始出現水流，轉動紅色旋鈕，使圓盤旋轉，看看水流發生什麼變化？

水流的彎曲是科氏力的一個例子。一個更大的科氏力來自於地球自轉，它導致北半球的風和水在大氣中向右轉動。這就是氣象圖上經常看到曲線形狀的原因了。

按下按鈕，讓轉盤旋轉，將不同的圓環物件置於轉盤上，如何讓圓環物件穩在轉動中的轉盤上？ 圓環物件在轉盤邊緣還是在中間位置轉動顯得更穩固？

當圓環物件從轉盤中心向外移動的軌跡呈現曲線的現象，稱為科氏力。把一個圓環物件放在轉盤中心位置，圓環物件開始以轉盤該位置的相同速度旋轉，當圓環物件向轉盤邊緣移動時，因轉盤邊緣旋轉速度較中心位置快，令圓環物件抗拒轉盤的轉動方向呈現沿曲線運動。地球的自轉對大氣層中的氣體也有相似的作用。這就是在氣象圖上看到的暴風雨系統常是曲線運動的原因。

椅子上的繩索裝有滑輪。它們可以幫助你抬高東西。動滑輪越多，物件越容易被抬起。當滑輪數量增加，你需要拉的繩索距離也隨之增長，但抬東西就可更省力，吊車和起重機亦應用了滑輪的原理。

在真空中，所有的物體都以同樣的速度下落。當管子充滿空氣，兩個物體都需要抵抗空氣阻力，羽毛將會比小球較慢落下，因其重量較輕和表面面積較大。在真空中，沒有空氣阻力，只有相同的重力，所以所有物件落下的速度都是一樣的。

將兩個小球設置在正確的位置上，待指示燈亮著後，拉動手柄發射小球，準確瞄準要下落的小球，看如何擊中小球。

用槍瞄準懸掛在樹枝上的猴子，當扣動扳機的瞬間，猴子發現了危險並鬆開樹枝開始下落，這種情况下子彈是否會擊中猴子？這個就是著名的「Monkey Hunting」的科學問題。重力作用於地球上的所有物質，無論物質的質量如何變化，在下落時，均在重力的作用下產生相同加速度。

選擇不同的星球，細心觀察自己的重量發生了怎樣的變化。

相同的物體，只要星球的重力愈大，物體的重量便會愈大。而且，質量越大的星球，它的重力也會愈大喔。

請跟着神探小牛頓，逐步發掘四種基本力的奧秘吧。

四種基本力為：重力、電磁力、強作用力、弱作用力。至今為止，所有可觀測的物理現象，都可透過這四種基本力的機制得到解釋。

兩人分處輪軸兩側，手握面前的輪子，沿相反方向旋轉來比試，更換一組輪軸重新較量，使用哪一組輪軸比較輕鬆？

本展品由兩組同軸的輪子組成，其中一組的輪子大小相同，另一組的輪子有兩種尺寸。使用同樣的力轉動輪軸時，輪子直徑越大，可產生更大的扭力，相當於以軸心為支點，半徑為桿的槓桿系統，此原理也應用於螺絲刀等工具。所以若你手中的輪子直徑比另一邊的大，就可以用較小的力勝出比試了。

將兩個車輪放置於軌道的高位，同時釋放，比較車輪的行進速度。

轉動慣量是一個物體對於旋轉運動的慣性大小（回轉物體保持其勻速圓周運動或靜止的特性）的量度，質量分佈對其有直接的影響。質量分布越遠離轉軸，轉動慣量越大，在同一作用力下，轉動慣量較大的物件之角加速度較小，即轉速之變化較慢。本展品質量集中在邊緣的車輪，獲得的動能較多消耗在轉動上，所以沿軌道行進的速度就較慢了。

拉動繩子，然後鬆手讓保齡球下落，觀察在另一邊細膠管裡的網球。

保齡球迫使較大管子內的空氣柱流向小管，從而使小管內的網球高速射向天花板。在固定的時間內，等量的氣體流經管子的每一截面，大管裡的保齡球就像一個活塞，迫使管內的空氣柱移動。當空氣柱被強迫進入另一段直徑較小的管子時，其速度會增加，這是因為質量守恆定律，質量在同一個封閉系統內保持不變。其結果是在同一壓力下等量的氣體在同一時間內通過窄管移動的速度比在寬管內移動的速度更快。

在桌子上標示的線上方，迅速地上下揮動魔杖，魔杖的運動使整個圖像出現。

魔杖反映了投射在線上的圖像的各部分，每次一個寬度。然而我們的感官系統儲存了該時間長度內每一個寬度的視覺感知，令我們將這些圖像感知作為一個單一的實體。以不同的速度移動魔杖，注意速度是如何影響你對圖像的感知。一幅完整圖像的幻象在什麼速度下分解成無意義的單一光線條呢？
我們常常在電影院或演講廳裡看到螢光幕上投影的圖像，只要能充分地反射光線，圖像也可以投射到其他材料上，例如：水、蒸汽或霧等。

按下按鈕，使氣泡進入塑膠管，觀察船隻發生什麼變化？當氣泡到達水面時，船隻開始下沉。

塑膠管底部釋放的氣體像氣泡一樣向水面上升，大量的氣泡降低了水的平均密度，當氣體到達水面時，氣泡令水面的浮力下降，位於此處的船隻會失去水的浮力，像石頭一樣下沉。

快速地旋轉圓盤，並窺看小孔。

你能看到整個圖像，雖然你實際上每次只看到圖像的一小部分。其實你是用大腦在觀看，每個小孔通過圖像的一部分，整個圖像被逐點逐行地送到你的眼睛，由於殘影現象，你能看到一幅完整的圖像；圖像每個部分的視覺感知在你的大腦中可保持較長的時間。鮑爾·尼普科夫於1884年在柏林取得這種圓盤的專利，它可以應用於機械掃描。
尼普科夫的發明是電視發展的一個重要里程碑：使用光電池，通過圓盤可視點可以轉換為電流，並以超短波的方式傳輸，接收器將電流又轉換回可視點並發光，其亮度取決於電流的強度，然後它們在螢光幕上重新生成被傳輸的圖像供觀看。

比較灰色圖形的陰影。然後滑動顯示面，看看它們發生什麼變化？

這些圖形的顏色完全一樣，然而當顯示面移動時，顏色的陰影出現了變化。這種異常可以透過知覺的「完形法則」加以詮釋。它們涉及到感知方法，使我們能在對個體觀察的基礎上感知實體，並從其他刺激中形成分類或選擇感知刺激。我們將灰色圖形看成實心表面，其與垂直條紋相交。另一方面，我們把灰色條紋視為垂直條紋的一部分。因此，我們不是將灰色與它旁旁邊顏色進行比較，而是將它與垂直條紋的顏色相比較，這樣就形成了它的延續。知覺的「完形法則」涉及圖形與背景的關係，以及接近性、相似性、連續性、熟悉性和共同性等不同領域的設計者利用這些感知法則，設計易於使用和理解的新產品或規劃順暢的交通系統。