邱韻如 長庚大學 通識教育中心 物理科 yjchiu@mail.cgu.edu.tw 2007年2月3日 台大 高一資優班 自由落體自由嗎？ 邱韻如 長庚大學 通識教育中心 物理科 yjchiu@mail.cgu.edu.tw 2007年2月3日

自由落體 Free-fall 自由落體的英文怎麼說？ Why free？ Who is free? 那 freeway 的 free呢？ 免費？ 愛開多快就開多快！ 其實是『去除掉』的意思， 去除掉什麼呢？

自由落體自由嗎？ 大綱 你玩過自由落體嗎？ 自由落人 誰先到達地面 自由落錢 自由落蘋 伽利略與自由落體 自由落雨 牛頓與自由落蘋 自由落體為什麼『自由』？

按按樂1～練習 請先選擇你的性別： (A)男生 (B)女生

你玩過 遊樂園中的自由落體嗎？ 六福村大怒神

按按樂2：你玩過『自由落體』嗎？ 『自由落體』從高空瞬間下降、急速墜落，是台灣及世界各地各家遊樂園飆速度、比膽量的指標設施。 你玩過自由落體嗎？ (1)玩過，有機會還要再玩。 (2)玩過一次就再也不敢玩了。 (3)看過別人玩，但自己不敢玩。 (4)沒玩過，有機會一定要去玩。 (5)沒玩過，而且有機會也不敢玩。 (6)不知道什麼是自由落體。 (7)以上皆非。

玩『自由落體』會感覺到『自由』嗎？ 不自由毋寧死。 當你在高空中，即將掉落的時刻，你 的心情接近『自由』還是『死』？ 『自由落體』幾乎是台灣及世界各地各家遊樂園飆速度、比膽量的指標設施。 『自由落體』從高空瞬間下降、急速墜落。 不自由毋寧死。 當你在高空中，即將掉落的時刻，你 的心情接近『自由』還是『死』？ 那我們不禁要問，『自由落體』的 『自由』是什麼意思？到底是誰得到 了自由？ 終於，你還是掉下來了，在急速下降 的過程中，除了尖叫之外，你還有哪 些感覺？ 六福村大怒神

『自由落體』玩後心得 機器啟動了，慢慢的升到了頂端，然後在高空停了好幾秒，應該是為了讓我們欣賞高空美景吧！把眼睛擠開一個縫，好高好高，我不敢往下看。 不自由無寧死。此時的我，沒有『自由』的感覺，倒像是被高高的綁在刑台上，無法逃脫，等待行刑的那一刻到來。 我一心一意只希望趕快倒數，放我安全回陸地。 來了來了，要倒數了........ 5、4、3、2、1、Go！ 啊～啊～啊～啊～ 椅子、椅子、椅子怎麼不見了？我的身體怎麼好像和椅子分離了？原本就懸著的兩隻腳，完全是平平的在空中飛，明明就抓牢的兩隻手、卻好像怎麼也拖不住下墜的身體，耳朵邊只有風的聲音，我是在飛嗎？地心引力的威力竟是如此之大！ 在踏上陸地的剎那，我體會到『腳踏實地』是多麼的珍貴！真想跪下來親吻地球。地球，我回來了！ 每天擁有的，就不知道珍惜。 因為地心引力，我們日復一日的隨著地球的自轉公轉而轉卻不自覺。感謝地心引力，不管在南極或北極，都能讓我安然的站在地球的表面。 喔，地球，不要讓我和你分開！

ㄚ～ 自由落人 ㄆㄥ

自由落體與地心引力 按按樂3： ㄚ～ㄚ～ㄚ～ 人在墜落的過程中，有沒有受到地心引力？ (1) 有 (2) 沒有

自由落體與地心引力 ㄚ～ㄚ～ㄚ～ 墜落的過程， 有『失重』嗎？ 按按樂 4： (1)有 (2)沒有

自由落體與地心引力 ㄚ～ㄚ～ㄚ～ 墜落的過程， 有『失重』嗎？（答案：是） 是『無重力狀態』嗎？ 按按樂5： (1)是 (2)不是

還好有『地吸引力』，不然… 自由落體與地心引力 動動腦： 站在地面上， 為什麼感覺不到『地心引力』的威力？ 而從高空墜落卻有深刻的體會？

自由落體與地心引力 按按樂6： ㄚ～ ㄚ～ㄚ～ㄚ～ 站在地面上和墜落在半空時所受到的地心引力 (1) 相同 (2) 不同 還好有『地吸引力』，不然… 按按樂6： 站在地面上和墜落在半空時所受到的地心引力 (1) 相同 (2) 不同 地心引力 地面支撐力

g = 9.8 m/s2 g = ? ( 單位？) 從高空落下，為什麼會那麼刺激？ ㄚ～ 主要不是因為『地心引力』很大，而是因為『重力加速度』不斷的讓速度增加。 以生理的觀點來說，人體敏感的不在於速度，而是加速度。人在高速行駛的電車或飛機中，都不太會有不舒服的感覺，但是當緊急煞車或突然啟動時，生理就會有反應，因此，造成人體不舒服的原兇是『加速度』。 因此，刺激的遊樂設施都是利用『加速度』讓人產生快感！ g = 9.8 m/s2 g = ? ( 單位？)

7 2 3 4 5 6 1 誰先到達地面？ 請下注 按按樂7：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)

按按樂8：鐵塊與棉花 一公斤的鐵球和一公斤的棉花，同時從比薩斜塔上丟下來，哪一個會先到達地面？ (1)一公斤的鐵球。 (2)一公斤的棉花。 (3)同時到達。 (4)以上皆非。 1公斤鐵球與1公斤棉花，一起丟下來，誰會先到達地面？

按按樂9：二顆球 大小形狀相同的甲乙兩金屬球，甲球質量為乙球的兩倍，若兩球同時從二層樓處同時落下，則它們掉落的時間將是 (1)重球大約為輕球的一半 (2)輕球大約為重球的一半 (3)兩球所需的時間大約相等 (4)重球所需的時間明顯較少，但不一定會少到一半 (5)輕球所需的時間明顯較少，但不一定會少到一半

按按樂10：二顆球 老師手上有兩顆大小形狀相同，但輕重不同的球，如果老師同時放手，猜猜哪一個會先落到地上？ (1)重球一定先到地。 (2)兩球應該同時落地。 (3)不知道。 輕 重

50 1000 1000 10 10 自由落錢 100 1000 10 500 10 1 ＄＄＄＄＄＄＄＄＄＄＄＄＄＄＄＄

按按樂11：1000元和10元硬幣 老師手上有一張1000元鈔票和一個10元硬幣，現在老師同時放手，猜猜哪一個會先落到地上？ (1) 1000元鈔票。 (2) 10元硬幣。 (3) 不一定。 1000 10

實驗：1000元和10元硬幣 老師手上有一張1000元鈔票和一個10元硬幣，現在老師同時放手，看看哪一個會先落到地上？ 1000 10

按按樂12：1000元和10元硬幣 為什麼1000元鈔票比10元硬幣還慢到達地面？ (1) 因為1000元鈔票比較值錢。 (2) 因為1000元鈔票比較輕。 (3) 因為1000元鈔票受到的空氣阻力比較大。 (4) 以上皆非。 1000 10

1000元鈔票的終端速度 10元硬幣可不可能達到終端速度？ 1000元鈔票在空中飄啊飄的時候的速度， 稱為終端速度 這時候， 鈔票所受到的地心引力(向下)和空氣阻力(向上)大小相等， 合力為零， 所以以等速度落下來～ 1000 10元硬幣可不可能達到終端速度？

終端速度 動動腦：怎樣可以讓10元硬幣達到終端速度？ 當 所受到的地心引力(向下)和空氣阻力(向上)大小相等時，就會等速度落下來～ 當 所受到的地心引力(向下)和空氣阻力(向上)大小相等時，就會等速度落下來～ 地心引力 空氣阻力 這時的速度叫做 終端速度 10元

動動腦：1000元和10元硬幣 想想看，有什麼方法可以讓1000元鈔票和10元硬幣， 同時落到地上？ 10 1000

自由落蘋果

按按樂13：落在半空中的蘋果 ‧ A ‧B 蘋果，受到地心引力的作用，落下來。蘋果在A 還是B 的位置所受到的地心引力比較大？ (1) A (3) 一樣 ‧ A ‧B

按按樂14：落在半空中的蘋果 是非題： 落在半空中的蘋果，受到重力的作用，這個重力的反作用力是空氣阻力。 (1) ○ (2) ×

伽利略與自由落體 你認識我嗎？ 你知道我做過哪些事嗎？

伽利略的『自由落體』實驗 伽利略從比薩斜塔上丟了什麼東西下來？證明了什麼？ 他丟的是什麼東西啊？ 註：根據研究，歷史上的文獻，並沒有找到伽利略在比薩斜塔上做實驗的紀錄。 Galileo Galilei,1564~1642 他丟的是什麼東西啊？

按按樂15：硬幣和羽毛 玻璃管裡有硬幣和羽毛，誰會先掉到管底部？ (1) 硬幣。 (2) 羽毛。 (3) 一起。 Why?

按按樂16：硬幣和羽毛 把玻璃管子內的空氣抽掉，硬幣和羽毛，誰會先掉到管底部？ (1) 硬幣。 (2) 羽毛。 (3) 一起。 Why?

『自由落體』的實驗 請大家猜猜看！ 這個實驗想要證明什麼？ 這個實驗是誰先想到要這麼做的？ 提示2：他的研究和氣體、空氣有關 提示3：名字(翻成中文後)有3個字 提示4：英文名字(姓)是B開頭的 提示1： (Robort Boyle,1635~1703)

月球上的『自由落體』實驗 十七世紀，波以耳(Robert Boyle,1635~1703)做了一個實驗。他把管子抽真空，去除了空氣阻力的影響，管子裡面放一支羽毛和一個硬幣，實驗結果是同時落下。 1969年人類登陸月球。 1971年，太空人大衛史考特(David Scott)在月球上做了一次落體實驗的精彩表演，透過電視的轉播，有好幾百萬的觀眾都親眼目睹了一根鐵鎚和一隻羽毛同時著地的情形，這個實驗證明了伽利略的理論。

按按樂17：比薩斜塔 比薩斜塔高54公尺(約17層樓高)，從上面丟一顆球下來，大約幾秒會到達地面上？ 1秒多 2秒多 3秒多 4秒多 5秒多 6~10秒 10秒以上

按按樂18：比薩斜塔 比薩斜塔高54公尺(約17層樓高)，從上面丟一顆球下來，砸到地面上的速度大約是 時速30公里以下 時速30～60公里 時速60～90公里 時速90～100公里 時速100公里以上

多久會到達地面？到地面時速度多快？ 六福村主題樂園的『大怒神』高度有17層樓高，搭乘座椅緩緩上升時可欣賞六福村全貌並鳥瞰關西美景，當上升至最高點停留幾秒之後，座椅向下墬落，剎那間從53公尺(17層樓高)降至地面，刺激過癮並可深刻體驗地心引力的威力！ 九族文化村的UFO高85公尺，可能是目前台灣最高的自由落體。座椅爬升到最高處，可居高臨下，眺望高空美景，突然，UFO瞬間下降，雙腳有如騰空飛翔，尖叫聲還未出口，自由落體已安然落地，真是謝天謝地。算算看，如果在85公尺高的位置丟下一棵大石頭，幾秒鐘會到達地面？ 日本橫濱八景島 Sea Paradise 的「自由落體」相當於35層樓高，自107m的高空向下墜落 台北101大樓高…

自由落雨

如果沒有空氣阻力， 小雨打在身上的感覺是… 雲的高度1200公尺，雨滴半徑 1.5mm 小雨打在身上的速度(終端速度)約為 7.4m/s (27 公里/小時) 若沒有空氣阻力，小雨打在身上的速度是（ ） 153 m/s

如果沒有空氣阻力， 小雨打在身上的感覺是… 雲的高度1200公尺，雨滴半徑 1.5mm 小雨打在身上的速度(終端速度)約為 7.4m/s (27 公里/小時) 若沒有空氣阻力，小雨打在身上的速度是 153 m/s 按按樂 19： 153 m/s 相當於時速多少公里 100多 (2) 200多 (3) 300多 (4) 400多 (5) 500多 (6) 600以上 550 公里/小時 ，恐怖！簡直是子彈！！

他的頭有被打到嗎？ 牛頓與自由落蘋

自由落體與萬有引力 牛頓當年，到底有沒有真的因為被蘋果打到而悟出蘋果和月亮的道理，不得而知。 蘋果為什麼會掉下來，而不繞著地球轉？ 月亮為什麼會繞著地球轉而不掉下來？ 牛頓當年，到底有沒有真的因為被蘋果打到而悟出蘋果和月亮的道理，不得而知。

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那 freeway 的 free 就是去除掉『紅綠燈』的限制囉？！ 自由落體自由嗎？ 自由落體的free就是『去除掉』空氣阻力的意思， 自由落體的英文是 free-fall 那 freeway 的 free呢？ Why free？ Who is free? 那 freeway 的 free 就是去除掉『紅綠燈』的限制囉？！

謝謝！ 自由落體自由嗎？ 按按樂 20： 你喜歡今天的上課內容嗎？ (1) 喜歡 (2) 不喜歡 (3) 沒意見 邱韻如 Any Question? 自由落體自由嗎？ 謝謝！ 按按樂 20： 你喜歡今天的上課內容嗎？ (1) 喜歡 (2) 不喜歡 (3) 沒意見 邱韻如 長庚大學 通識教育中心 e-mail：yjchiu@mail.cgu.edu.tw http://memo.cgu.edu.tw/yun-ju/CGUWeb/PhyChiu/H101aFreefall/HomeFreefall.htm