重心實驗
作者 江盛浩(國小)
一、 實驗用具: 1㎝×6㎝×12㎝的木片若干片
二、實驗方法:先把木頭疊高,然後再往同一個方向推,看最遠能推多遠還不會垮下來。
三、實驗過程:
我原來想最多只會推出12㎝,因為由上到下第一片最多要推出全部的1/2,第二片1/4…12(1/2+1/4+1/8……)=12
可是我試到第五片時,已經推出12.5㎝了,後來才發現自己想錯了。
〈實驗結果〉
我的心得:
原來問題出在重心的位子不對才出錯。
紅線在第一片木片1/2的地方,把第一片分成兩半。
證明:灰色部分和藍色部分1:1,所以紅線是重心。
藍線在第一片木片和第二片木片1/2的地方,把第一片和第二片分成兩半。
證明:灰色部分和藍色部分4:4,所以藍線是重心。
綠線在第一片木片、第二片木片和第三片木片1/2的地方,把第一片、第二片和第三片分成兩半。
證明:灰色部分和藍色部分18:18,所以綠線是重心。
結論:
使用電腦幫忙計算出答案:
當有100片木片時,只要找到重心就可以做一個長 53.9904640599531㎝的拱門,左右各50片。
由上面證明,第一次推出一片的1/2,第二次又推出下一片的1/4,第三次再推出下一片的1/6……一直到第五十片推出最後一片的1/100,全部加起來,再乘以木片的長度,就是半個拱門的寬度,所以乘以2倍以後,就是一個完整的拱門。
2×【12×(1/2+1/4+1/6+1/8+…+1/98+1/100)】
2×【12×(1/1+1/2+1/3+1/4+…+1/48+1/50)÷2】
當有2000片木片時,就可以做一個長89.8256503266041㎝的拱門,左右各1000片。
2×【12×(1/2+1/4+1/6+1/8+…+1/1998+1/2000)】
2×【12×(1/1+1/2+1/3+1/4+…+1/999+1/1000)÷2】
當有10000片木片時,就可以做一個長117.451272432532 ㎝的拱門,左右各5000片。
2×【12×(1/2+1/4+1/6+1/8+…+1/9998+1/10000)】
2×【12×(1/1+1/2+1/3+1/4+…+1/4999+1/5000)÷2】
當有131072片木片時,就可以做一個長140.0109382 ㎝的拱門,左右各65536片。
2×【12×(1/2+1/4+1/6+1/8+…+1/131070+1/131072)】
2×【12×(1/1+1/2+1/3+1/4+…+1/65535+1/65536)÷2】
所以當有無限多片木片時,只要找對重心時,就可以向前推出無限多㎝的長度。
你認為對不對?