肯·芬帶你實現

一場充滿活力的能量探索

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關鍵概念
物理學
形變
勢能
動能
 
引言
你是否曾好奇過球彈跳背後的秘密?然而,觀察這些彈跳可能很困難!彈跳通常發生得太快,以至於無法精確地看到球撞擊和從表面彈開時究竟發生了什麼。在這個實驗中,你將透過即時慢動作觀看球的彈跳方式!
 
背景
這個實驗完全關於能量的兩種形式:勢能和動能。如果某物具有勢能,則它具有儲存的能量。當你抬起一個物體——例如一個水氣球——對抗重力時,該物體現在具有等於提升它所做功的勢能。當你扔下同一個物體時,勢能就會變成動能。動能是運動的能量:水氣球的墜落運動、橡膠的拉伸或橡膠彈回其原始形狀。彈跳是能量從勢能變為動能再變回勢能的練習。
 
你將透過慢動作觀看球的彈跳方式。慢動作彈跳的球將是一個超強的水氣球。
 
材料

  • 至少四個圓形氣球(適合裝水)

  • 食用油(你只需要一點點來製作超強水氣球。)

  • 水(用於填充水氣球)

  • 可以弄溼的光滑室外表面(例如人行道或車道)

  • 可選:攝像機或具有影片功能的裝置和助手

  準備


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  • 將食用油塗抹在一個圓形氣球的外部。你認為這為什麼重要?

  • 將這個塗油的氣球插入第二個圓形氣球內。

  • 向內層氣球注水,然後將兩個氣球都打結。

  • 如果你願意,現在就為活動準備額外的“超強”水氣球,以防第一個破裂。

  步驟

  • 準備好將你的超強水氣球掉落到光滑的表面上,方法是將其舉起並舉到表面上方。你期望看到氣球掉落時會發生什麼?撞擊表面時呢?

  • 準備好密切關注發生的事情,然後扔下水氣球。你注意到球落下時發生了什麼嗎?撞擊表面時發生了什麼?撞擊表面後發生了什麼?

  • 重複此活動幾次,並仔細觀察水氣球底部與表面接觸時以及彈回上方時的狀況。你認為這為什麼會發生?

  • 額外內容: 如果你想更詳細地瞭解彈跳的動態,請讓助手使用攝像機或智慧手機在表面水平拍攝氣球的彈跳。(這可能需要彎腰!)你甚至可以以更慢的慢動作播放該影片來研究運動。你在影片中注意到之前錯過的任何不同的東西嗎?

 [中斷]
觀察與結果
水氣球在掉落時是否保持圓形,但在撞擊地面時被壓扁?當它從表面彈起時,它是否又彈回圓形?
 
當你舉起水氣球時,你正在賦予它勢能——“勢”指的是可能發生的事情。(例如,你有可能成為一名物理學家。)如果某物具有勢能,則它具有儲存起來的能量。當你扔下水氣球時,勢能就會變成動能。動能是運動的能量。(一輛以每小時 100 公里行駛的汽車具有很大的動能。)
 
當氣球撞擊地面並停止時,動能必須去某個地方。動能用於壓扁氣球。當氣球被壓扁時,橡膠會拉伸——而拉伸的橡膠想要彈回其原始形狀(想想:拉伸的橡皮筋)。當氣球拉伸的橡膠彈回時,它會推壓地面,而地面會反推。結果,氣球彈回空中。
 
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