關鍵概念
物理
力
重力
質量
槓桿
引言
當白天變短，傍晚早早變黑時，許多人喜歡燭光。蠟燭也是進行科學研究的好工具——所以為什麼不把兩者結合起來，給你的科學研究增添一點光亮呢？在這個活動中，你將使用蠟燭來研究蹺蹺板的平衡力。
背景
蹺蹺板是孩子們經典的遊樂場裝置。它們不僅玩起來有趣，而且還提供了一個絕佳的機會來探索一種簡單的機械裝置，這種裝置旨在舉起比你正常力量允許的重得多的物體。蹺蹺板是一種特殊的槓桿；它由一個長梁連線到一個稱為支點的樞軸組成。一旦你透過坐在梁的一側在梁的一端施加重量，它就會落到地上。這是因為重力作用在你身體的重量上，將它和梁向下拉。有多少重量向下拉梁取決於你的身體質量。你越重，引力就越大。要再次平衡梁，你需要另一側的抵消力。一種可能性是在梁的另一側放置一個相同重量的第二個人。一旦相同的力向下拉梁的兩側，蹺蹺板就會平衡。
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然而，您可能從經驗中得知，重要的不僅是重量，還有人們在樑上的位置。兩個體重相同的人坐在梁的相對兩側，仍然可以透過移動遠離或靠近梁的中心來改變平衡並使蹺蹺板旋轉。梁的旋轉是由轉動力（也稱為力矩）引起的，它考慮了向下拉梁的力和施加力的位置。
根據槓桿定律，一旦兩側的轉動力相等並相互抵消，蹺蹺板就會停止旋轉。該定律還解釋了為什麼你可以用槓桿舉起非常重的物體。當一側的物體太重而你無法舉起時，你只需要移動到遠離梁的中心更遠的地方，直到你的轉動力大於另一側的轉動力。
誰會想到如此簡單的活動會涉及到如此複雜的物理學？如果這聽起來很複雜，請不要擔心；一旦你嘗試這個專案——使用蠟燭製成的蹺蹺板——它就會變得更加明顯！
材料
兩根相同的生日蠟燭
強力膠帶
比蠟燭直徑長的針
鋁箔
刀
兩個相同高度的玻璃杯
打火機
成人幫手
使用蠟燭的安全地點和表面
準備工作
將生日蠟燭的兩端用膠帶粘在一起，使兩個燭芯朝相反的方向。
在你的工作區域放一大塊鋁箔，以防止蠟油溢位。
將兩個玻璃杯並排放置在鋁箔中間。玻璃杯之間的間隙應該足夠小，以便將針放在上面。
讓一位成年人將針完全推入蠟燭的一側，正好在兩根蠟燭的末端相遇的地方。這應該正好在兩個燭芯之間的中間位置。如果難以將針推入蠟燭，請嘗試在將針推入蠟之前在火焰中加熱針。
步驟
將蠟燭放在玻璃杯之間的間隙中，使針的兩端都擱在每個玻璃杯的邊緣上。一旦蠟燭放在玻璃杯之間，你會注意到什麼？ 你能看到你的實驗裝置和蹺蹺板之間的相似之處嗎？ 你的蠟燭蹺蹺板的支點在哪裡？
如果你的蠟燭蹺蹺板不平衡，請更改針在蠟燭中的位置。 一旦針正好放置在兩根蠟燭的中間，蹺蹺板應該平衡。為什麼針必須正好位於蠟燭的中間才能平衡蹺蹺板？
確保你的表面覆蓋了沿蠟燭整個長度的鋁箔。
一旦蠟燭平衡且沒有掉落到任何一側，請讓你的成年幫手小心地點燃兩根蠟燭。 不要同時點燃兩根蠟燭——在點燃第二根蠟燭之前等待幾秒鐘。你認為如果同時點燃兩根蠟燭會有什麼不同嗎？
觀察兩根蠟燭如何燃燒，並觀察你的蠟燭蹺蹺板的運動。一段時間後蹺蹺板會發生什麼？ 它保持平衡還是開始移動？ 如果你看到運動，你能解釋為什麼蠟燭蹺蹺板在移動嗎？
一旦蠟燭燃燒了大約四分之一，請吹滅兩根蠟燭，然後切掉其中一根蠟燭的頂部（大約一釐米，或大約半英寸）。你認為這會如何影響蹺蹺板的平衡？
再次將蠟燭放在玻璃杯之間，使針的兩端都擱在每個玻璃杯的邊緣上。蹺蹺板是否仍然像以前一樣平衡？ 為什麼會或為什麼不會？
請你的成人幫手以與之前相同的方式點燃兩根蠟燭。
觀察蠟燭的燃燒，並觀察會發生什麼。蹺蹺板會再次移動嗎？ 你的結果與之前的觀察結果有何不同？
確保在蠟燭完全燒完之前吹滅它們。
額外：重複該活動，這次不要將針放在蠟燭梁的中間。 一側應該更重，類似於你切掉一根蠟燭頂部時的樣子。 但是，這次只點燃較長一側的蠟燭。 然後觀察蠟燭燃燒。這次蠟燭蹺蹺板會發生什麼？ 它會開始移動嗎？ 你能解釋你的觀察結果嗎？
觀察和結果
你注意到你正在建造的東西類似於蹺蹺板嗎？ 用膠帶粘在一起的兩根蠟燭形成一個長梁，該長梁連線到充當樞軸（或支點）的針上。 蠟燭梁能夠像真正的蹺蹺板一樣自由地從一側旋轉到另一側。 因為你沒有像在遊樂場蹺蹺板上那樣在蠟燭樑上施加任何額外的重量，所以唯一向下拉梁的力是蠟燭本身的重量。 為了平衡蹺蹺板，重要的是向下拉梁每一側的兩個力必須完全相等。 只有當針正好放置在蠟燭梁的中間時，情況才是如此。 如果一側稍長，也會使其更重並使其掉落，正如你可能已經觀察到的那樣。 但是，如果將針放在中間，則向下拉每一側的重力應該相互抵消，並且它應該保持平衡。
一旦你點燃蠟燭，這種情況就會改變。 當蠟燭燃燒時，會發生化學反應，將蠟燭蠟轉化為氣體。 你可能還注意到固體的蠟變成了液體，並滴落到鋁箔上。 透過燃燒和滴落損失的蠟會使蠟燭變短，因此也變輕。 當蠟燭梁的這一側變輕時，它會向上移動，而另一側較重的一側會掉落下來。 一旦另一根蠟燭失去蠟並再次變輕，旋轉方向就會反轉。 這種蹺蹺板運動的關鍵是，兩根蠟燭不會同時燃燒相同數量的蠟。 這就是你必須先後點燃它們的原因。 如果兩根蠟燭同時開始燃燒並同時失去相同量的蠟，則蠟燭蹺蹺板將保持平衡。
如果你切掉一側蠟燭的一部分，則較長的、現在較重的一側的梁會掉落下來。 當你點燃蠟燭時，你可能會注意到蠟燭蹺蹺板根本沒有移動，因為較長的一側在兩根蠟燭燃燒時總是較重。 但是，如果你做了額外的測試，並且只點亮了較重一側的蠟燭，那麼你會注意到，一旦蠟燭燃燒到足以使其變短變輕時，蹺蹺板就會掉落到另一側。
清理
確保兩根蠟燭完全熄滅，並處理掉它們和鋁箔。 如果你不希望重複使用針，請務必將其丟棄在利器容器中。
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