重心模擬器 (Centre of Gravity Simulator) – 鉛垂線法 (Plumb Line Method)

這個互動式重心模擬器 (Centre of Gravity Simulator) 旨在幫助學生視覺化物理學中尋找不規則薄片 (Irregular lamina) 重心的實驗過程。透過這個工具,你可以親自操作「鉛垂線法 (Plumb Line Method)」,觀察物體自由懸掛時的物理行為,並找出其重心的精確位置。

STATUS: PUNCH
Click anywhere near the edge of the lamina to punch a hole and hang it.
點擊薄片邊緣附近的任何位置打孔並將其懸掛。

如何使用 (How to Use):

  1. 打孔懸掛 (Punch & Hang):點擊薄片邊緣附近的任何位置,模擬器會在那裡打孔 (Punch a hole) 並將薄片掛在支架上。
  2. 等待靜止 (Wait for Rest):薄片會像鐘擺一樣擺動 (Swing),請等待它因阻尼 (Damping) 而完全靜止。
  3. 畫鉛垂線 (Draw Plumb Line):當薄片靜止後,點擊「畫鉛垂線」按鈕,系統會沿著懸掛點的正下方畫出一條直線。
  4. 重複步驟 (Repeat):在薄片的另一個邊緣位置再次點擊打孔,並畫出第二條鉛垂線。
  5. 找出重心 (Find the Centre of Gravity):兩條鉛垂線的交點 (Intersection) 即為該薄片的重心 (Centre of Gravity)。

觀察與討論 (Reflection / Observation):
在觀察模擬器時,請特別注意薄片靜止時的狀態:
你會發現,當一個物體被自由懸掛並達到靜止平衡 (Equilibrium) 時,它的重心 (Centre of Gravity) 必定會落在懸掛點的正下方 (Vertically below the point of suspension)。
這印證了物理學中的一個重要概念:

  • 重力 (Gravitational force) 作用於物體的重心上。
  • 當重心不在懸掛點正下方時,重力會產生一個力矩 (Torque),使物體發生轉動。
  • 只有當重心與懸掛點位於同一條鉛垂線上時,力矩為零,物體才會保持靜止。這就是為什麼兩條不同懸掛點畫出的鉛垂線,其交點必然是重心的原因。
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