團隊成員:紀睿知、涂志宏、謝宗諺、李瑞峰、吳瑞成、沈宏融
實驗器材包含一個發射器及吸住目標物的電磁鐵。在發射物發射後,電磁鐵會斷電,使目標物在發射的同時落下。只要一開始砲口對準目標物,就一定會命中。(詳見原理)
本組人員會先向觀眾演示本器材之運作,在演示完後可以讓觀眾也實際上陣操作、體驗,增加展示的樂趣性,並向其解說背後之運作原理,觀眾在親自嘗試後,也能對裝置原理有更好的理解。此外,我們在當天也會攜帶筆記型電腦,用軟體模擬以輔助隊伍人員的原理解說。
簡易說明 :
由於在發射後,兩者只受重力影響(不計空阻),加速度相同,因此相對速度不變,只要一開始瞄準,就一定會打中目標。
公式證明 :
A(砲彈)在位置SA0(設B為原點),瞄準B(目標)發射
因此SA0+VA0t’=0 (VA0與SA0方向相反、互相平行,t’為某時間長度)
又 VA=VA0+at => SA= SA0+VA0t+at2/2
VB=at => SB= at2/2 => SA/B= SA- Sb= SA0+VA0t = 0 (當t=t’時)
證實某一時間相對距離為0 => 碰撞!
軟體模擬輔助 :
我們將砲彈瞄準,並在同時讓他們開始移動。擊中後重置並做同樣操作,但是這次讓畫面視角跟隨目標物掉落,此時畫面中砲彈位置即為SA/B,開始後會發現砲彈呈直線等速飛向目標物。
本次實驗展示了非慣性座標系統中的其中一種簡單情況,而非慣性座標系統可用於非常多複雜的運動分析,小至機械連桿運動的分析,大至星體間的運動分析。
1. 維基百科-非慣性座標系 https://en.wikipedia.org/wiki/Non-inertial_reference_frame
2. Harris Benson ‘University Physics Second Revised Edition’
3. Tennis Ball launcher https://www.youtube.com/watch?v=8wKw4V20EJs