《生活-360》 (◕‿◕)

      「平衡」是一個基本的物理概念，但也是一個複雜的過程。例如我們走路如何維持平衡？鳥在飛行又如何維持平衡呢？這些動態的平衡牽涉複雜的機制，不容易以簡單的物理過程解釋。而「靜態平衡」較為單純，以下介紹相關的原理以及科學遊戲。

「靜態平衡」主要是靜力達到平衡，可以由「重心」的角度來歸納：

1.重心越低，越容易平衡。

2.重心的位置如果有支撐物（支點），系統較容易維持平衡。

       如下圖一，二塊木板以活動門鈕銜接，手拿著左邊的木板，右邊的木板會垂下來。現在如果將鐵槌的把手掛在右邊木板的下方（鐵槌頭部朝左邊）。鐵槌的重量是不是更容易讓右邊垂下來呢？試試看就知道！

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        再如下圖二，一根尺以棉線套住鐵鎚，垂掛在椅子上，居然不會掉下來。

       鐵鎚的重心在接近頭部的地方，掛上鐵槌可以讓系統（圖一的右邊木板與鐵槌；圖二的尺與鐵槌）的重心移動至支撐物（圖一的手；圖二的椅子）的下方。換言之，重心有手（圖一）或椅子（圖二）的支撐，就不會掉下來了。

       拿一根尺（圓的木棒也可以），放在左右手各一根手指頭上（如右圖）。左右手同時輕輕的往尺的中間移動。猜猜看，尺會不會掉下來呢？為什麼？

       請注意觀察，在移動過程，雖然左右手是同時移動，但是尺會不會同時在左右手上移動呢？

按此觀看影片（2.7M）

        原因是當左右手其中某一個手指頭較接近重心時，其摩擦力較大（如同越重的物體摩擦力越大），較為遠離重心的手指頭（摩擦力較小）就會移動，待移動到接近重心時摩擦力超過另一邊時，就換邊移動，因而尺就一直在手指頭上保持平衡了。

       仔細觀察操作過程，可以發現尺不會在左右手同時移動，而是一下在左手移動，一下在右手移動，一直到左右手碰在一起，尺都不會掉下來。而為了增加驚奇效果，可以採用更長的木棍（或掃把的把手）。

準備器材：木條、下振、棉線

       這個操作需要組裝的單擺較為困難，如圖1的構造。以木條組裝成支撐單擺的架構，再架上傾斜的長木條。此長木條安置十個長度不同的單擺，單擺的擺槌是下振（紅色；水泥工用於保持垂直線用），再用棉線接到傾斜的長木條上。

操作與觀察如下：

1.確定所有單擺都靜止之後，由底部拉動整座單擺組（如圖1箭頭方向，約20公分即可），以使單擺組的所有單擺一起擺動。

	圖2
圖1	圖3

準備器材：筷子、縫衣線或毛線、螺帽或鋁片

1. 剪三段不同長短的線（縫衣線或毛線），分別綁上螺帽（或鋁片），再綁在筷子上（如圖），距離間隔約３公分。
2. 手拿筷子的一端，開始表演「超感應單擺」---可以隨心所欲擺動其中一個單擺，另兩個單擺幾乎可以不會動喔！
3. 秘訣：首先輕輕擺動一下筷子（不要讓別人看出來手在擺動），再配合想要擺動的單擺，例如想讓第二根單擺擺動，則只注意第二根單擺的前後擺動，不要理會第一根與第三根。當第二根單擺的擺動在最右或最左邊時，輕輕反推回去（同樣不要讓別人看出來手在擺動），就可以使第二根單擺的擺動越來越大，其他兩根的擺動會變小。

準備材料：扭蛋殼（上下至少各兩個孔）、棉線（粗細正好可穿過扭蛋孔）、膠帶、剪刀、兩小段吸管

1.將棉線穿過蛋殼內部，穿過上下各二個洞。（如圖一~四），並把扭蛋殼蓋起來。

4.將繩子掛在定點，分別握住爬升人下方的兩條線，使繩子呈八字型，二手一左一右輪流向下拉動，扭蛋就會慢慢往上爬囉！（不可以把繩子固定，繩子若無法滑動，扭蛋人就爬不上去了）。也可兩手一起拉，一樣讓繩子呈八字型，扭蛋就會很快的爬上去。

5.讓扭蛋下降，只要二手放鬆，扭蛋就會下降了。

準備器材：一雙竹筷子

1.拿一雙竹筷子，一根折成V型（不折斷），另一根折斷為二支半根的筷子。

2.將V型的筷子架在半根的筷子上，互相支撐成為三角鼎。（如圖一）

3.問小朋友：不可以用手碰，只能用剩下的半根筷子接觸三角鼎，如何將三角鼎提起來呢？（家長與老師也可以自己先試試看）

4.解答：將半截筷子，穿過三角鼎，同時碰到V型筷子的兩側，輕輕推開V型筷子，讓半根的筷子掉在手拿的半截筷子上（圖二），就可以把V型筷子夾住而一起提起來（如圖三）。

圖一	圖二	圖三

      把鉛筆插入裝水的塑膠袋裡，鉛筆不拔出，水也不會流出。神奇吧！

準備器材：鉛筆、塑膠袋

準備器材：米、竹筷、養樂多瓶（或量米杯）

1.將養樂多瓶裝滿米，用手蓋住瓶口輕敲，使米粒紮實。（如圖一、二）

3、用手掌壓住瓶口米粒，把筷子插入。（亦可裝到八分滿時插入筷子，再繼續加米使米粒紮實。（如圖三、四）。

準備材料：透明汽水、葡萄乾（葡萄也可以）、玻璃杯

1.在玻璃杯倒入汽水，放入葡萄乾。（如圖一）

2.注意觀察葡萄乾可以發現葡萄乾會先下沈而後慢慢上升，一會兒後又下沈，如此反覆浮浮沈沈。（如圖二）

觀看實作影片

       做這個遊戲時，建議可在玻璃杯中倒入汽水後，先不放入葡萄乾，讓孩子猜猜看如果放入葡萄乾會發生什麼情形？答對者，可喝完這杯汽水，以提高孩子學習興趣。

       「會下沈」、「會上升」、「會消失不見…」，孩子們的答案五花八門，而結果就在葡萄乾浮浮沈沈及孩子的驚呼聲中呈現。

        也可以不用汽水，只要是碳酸水都可以（啤酒、氣泡礦泉水…等），透明的液體會較容易觀察。

準備材料：八根小試管、湯匙、水彩、鹽、滴管、試管架

1.取一根小試管加鹽在水中，先調出飽和溶液，標示為（1）。（註：在水中加鹽，直到鹽無法溶解、產生沉澱，即為飽和溶液）。（如圖一）

2.取其餘六根小試管分別加入一匙飽合溶液，依次加入一單位、二單位、三單位、四單位、五單位及六單位的水，即可調成不同濃度（密度）的食鹽水，放在試管架上，由濃至淡分別標為（2）~（7）。（水放得多即淡，放得少即濃）。

3.依序排好後，加入不同顏色的水彩，如由（7）~（1）分別加入紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。（水彩不可放太多，以免影響濃度）。 （如圖二）

4.取第八根試管，用滴管取出調好的各種顏色的食鹽水，沿管壁慢慢滴入試管中，依號碼（1）~（7）分別滴入試管中，就形成美麗的七彩液體疊羅漢。（滴的時候越慢，液體的分層會越明顯）。（如圖三）

　　　　圖一　　　　　　　　　　　　　圖二　　　　　　　　　　　　　圖三

準備材料：不用的鍋子、綠豆、乒乓球、玻璃珠、手帕…等布（大小要可以蓋住鍋子）。

1.在鍋中放入綠豆，再將乒乓球埋入綠豆中。（如圖一）

2.在綠豆上放置玻璃珠，以手帕或毛巾蓋住鍋子，將鍋子輕輕抖動，目的在讓玻璃珠沈入綠豆中，而乒乓球則反而會浮上來。（要先試做，控制抖動的時間，才不會穿幫）。（如圖二）

3.拿掉覆蓋的布，完成玻璃珠變乒乓球的魔術。（如圖三）

圖一	圖二	圖三

※操作步驟與現象：

準備材料：漏斗（也可以用寶特瓶代替，以美工刀切開寶特瓶底部即可）、乒乓球、水桶

1.把漏斗尖端朝下，放入乒乓球，從上方倒水，可以發現漏斗不會漏水，而且乒乓球也不會浮上水面。（如圖一）

2.將漏斗下端浸入水中，乒乓球就會從水中衝出來。（用手把漏斗底封住，也能有相同的效果。（如圖二）

1.將細的的漆包線（直徑約0.4 mm）繞在粗的鐵絲上（直徑約5mm），約5～10圈（如圖一）。

2.在漆包線的末端彎成一隻鳥的形狀。（如圖二）。

       日常生活的火柴只能用來點火，我的火柴棒會跳舞喔！要不要試試看？

　　先拿兩根火柴棒，擺放方式如右圖。

　　按一下圖，播放影片，仔細觀察火柴棒發生什麼事？

       你可以試試看，能不能讓火柴棒跳舞呢？（有手汗要先擦乾喔！）

1.如下圖，取一木板，釘上二根鐵釘（相距約十公分），將橡皮筋掛置於此二根鐵釘之間。

2.將一小段羽毛或是針狀葉子（有細毛的種子、花亦可），大小以可以放在橡皮筋上為原則。

3.以石頭摩擦鐵釘，羽毛或葉子像是裝了馬達，會開始運動喔。

按上圖，觀看實驗結果 (4.6M)

按這裡看超級特快車 (1.1M)

你知道放在橡皮筋上面的是什麼東西嗎？→答案揭曉

1. 木板上垂直釘上一根鐵釘。
2. 先將八根鐵釘交叉排列在一根鐵釘上，務必讓鐵釘頭朝向中間，而且需要一左一右依序排列整齊（如圖一）。
3. 輕輕舉起置於下方的鐵釘，這時你將發現上方的八根鐵釘成傾斜交叉站立，舉起下方鐵釘時只需略微抬高即可，動作不要過快，且要水平舉起，避免傾斜使上方八根鐵釘滑落。（如圖二）。
4. 將最後一根鐵釘橫放在此八根鐵釘上，最好能與下方的那一根鐵釘頭尾相反，且能平均壓住那八根鐵釘。
5. 緩緩水平舉起上下兩根鐵釘，你將發現所有的鐵釘也都跟著被舉起來了。（圖三）
6. 將鐵釘放到木板的鐵釘上。

   圖一	圖二	圖三

準備器材：寶特瓶、一根細長木棍、一碗綠豆、卡紙、剪刀、膠帶、訂書機、筆、大碗一個

1. 將寶特瓶兩端剪掉，剪掉後的長度要比木棍稍為短一點。
2. 利用寶特瓶，在卡紙上描畫六個圓圈。
3. 在六個圓圈的中央各畫一個小圈圈。
4. 將圓圈剪下來，連接中央的小圓圈，剪出一條半徑。（如圖一）
5. 把剪開的缺口用訂書機與另一個圓圈交疊定起來。
6. 將釘住的大圓圈拉開，就是一個螺旋了。
7. 木棍穿過小圈圈的中心，在用膠帶把螺旋的兩端黏在木棍上。（圖二）
8. 做好的螺旋插入圓筒中，就做成了一個螺旋鑽。（圖三）
9. 將螺旋鑽斜插入裝滿綠豆的大碗中。轉動木棍，綠豆會沿著螺旋上升，當他溢滿到寶特瓶口，綠豆就能裝到另一空碗中。（圖四）
10. 剪寶特瓶的兩端時，須特別小心，避免滑動割傷。
11. 小圈圈的大小約為木棍半徑的二~三倍才可，否則螺旋會很難拉開。

準備器材：鉛筆、鐵絲、鉛錘（或小石子）、尖嘴鉗

1.將鐵絲的一端纏繞在鉛筆上（如圖）。

2.在鐵絲另一端掛上鉛錘（或小石子）。

3.稍稍折彎鐵絲後，將鉛筆立於桌邊，看看鉛筆能不能像不倒翁一樣站起來。

準備器材：保麗龍球、叉子 、火柴、玻璃杯

1.將一根火柴棒及兩根叉子分別插在保麗龍球上。（如右圖）

2.火柴棒上的任一點輕輕置於杯子邊緣，看看會不會掉下去？

1. 保麗龍和叉子不會掉下來，這是因為保麗龍球和兩根叉子組合成一個平衡器 。整個重心在這組平衡器的垂直向下的線上。
2. 以槓桿原理而言，因為支點是在火柴棒靠近杯緣的地方，所以火柴棒能支撐整個重量，不會掉下去。
3. 當火柴點燃後，火焰一直燃燒。當火焰靠近杯緣時，玻璃杯會吸收火柴棒燃燒的熱量，使溫度降低到火柴棒的燃點以下，產生阻隔作用，火焰自動熄滅，對於與原來的平衡是沒有影響的。

準備器材：大型曬衣夾、膠帶、塑膠湯匙、乒乓球、圓板凳一張（僅做固定用）

1. 先將塑膠湯匙握柄的一端以膠帶固定於曬衣夾，再將曬衣夾以膠帶固定於傾放的椅腳上。（如下圖）
2. 調整椅子的角度，可以修正乒乓球彈出去的仰角。因為曬衣夾的彈力是固定的，調整湯匙彈射的角度即可改變乒乓球彈射的距離。
3. 將乒乓球置於湯匙上，按壓曬衣夾，將球彈出。
4. 若想改變曬衣夾彈出的力道，可以控制曬衣夾打開的程度，如此也可以控制彈力。
5. 改變湯匙的長度（即，改變抗力臂的長短）亦可以改變乒乓球彈出的力道。

準備器材：球棒