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Published byElina Hämäläinen Modified 5年之前
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磁浮陀螺 研究之動機: 校園內經常看到學童在玩戰鬥陀螺,中年級自然課程中也有利用陀螺作為光的顏色組合實驗。且曾聽說市面上曾賣過會浮在半空中的陀螺,相信如果製作成教具。必定能吸引學生的學習興趣,是磁鐵同性相斥很好的示範演示,景觀奇特、趣味無窮、引人無限想像的空間,讓科學實驗更有意思。
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磁浮陀螺原理解析: 陀螺沒有轉動時重心在支點的上方,是不穩定平衡。所以會倒下至盤緣靠到地面,陀螺旋轉後可獲得一轉動的慣量、其力向上、可使陀螺直立旋轉不傾覆。 磁鐵有同性相斥的現象,如果陀螺是以磁性物質製作,在其下方放一同極性之磁鐵便可將其以磁力推至空中不與地面接觸。 當用手指陀螺懸浮達到穩定點時,所受之力的合力為零,向下的重力與向上的磁斥力大小等方向相反,磁鐵為永久磁鐵、磁力強度固定不變,唯一可控制之變因是陀螺的重量,所以在陀螺身上加銅或鋁或塑膠的墊片來達到合力為零的目標。 所涉及的物理知識和概念,慣性定律、能量守恆定律、萬有引力、力的平衡、空氣阻力、渦流、磨擦力。
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磁力線示意圖
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操作之方法: 啟動旋轉 用拇指和食指捏緊陀螺之轉軸,將其放置在底盤上的托片中心位置,陀螺保持水平,稍加壓力,以爆發力迅速旋轉,轉動時手不可抬起來,此動作需多加練習直至精熟。 陀螺穩定旋轉後,緩慢地將托片向上抬起,讓陀螺因磁力漂浮空中。
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觀察陀螺懸浮現象 太重:用托片抬起陀螺後不能自動飛離 托片,需要減重。 太輕:緩慢抬高托片後,陀螺一下子被 彈出去。
稍輕:陀螺浮離托片時旋轉不穩或上下 振幅過大,加塑膠片調整。 稍重:陀螺懸浮幾秒鐘後即掉落,減輕塑膠片 調整。
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調節陀螺的重量 磁浮陀螺的懸浮是靠磁斥力和陀螺的重量精確平衡達到合力為零,因為磁鐵的磁力強度是固定的,但是演示的場地的萬有引力和地球磁場會有出入,所以用鋁片或銅片或塑膠墊片調整陀螺的重量來實現力的平衡,且非磁性物質做成的調整配重片不會有導磁現象影響磁力分佈。 材料 銅片 塑膠片 直徑 25cm 20 cm 25 cm 14 cm 重量 3 g 1 g 0.6 g 0.3 g 0.1g
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底盤磁鐵方向調整: 陀螺懸浮後都向同一方向飛離,表示底座的磁鐵磁力方向未垂直向上,用三角契形積木塞在磁鐵下方墊高調整,使底盤磁力方向處於合理狀態。
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參考資料 日本橫槟 Advancing Physics 研究会 用google 搜尋關鍵字 磁浮
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