1、內容
這是一個大型展項,在展臺上設計了三個不同形狀的軌道,一個為直線軌道,另外兩個為曲線軌道(彎曲的坡度不一樣)。將三個小球放在起點處,打開釋放機構,使三個小球同時下落,同時對應的數碼管會進行計時,全部到達終點后,數碼管會顯示三個小球到達終點的時間。我們會發現坡度最大的軌道,小球的下落時間是最少的。
物體沿軌道下降的速度不是簡單的只取決于軌道的長度,它也取決于軌道的形狀。球體所受重力沿軌道切線方向的分量越大,下落的速度就越快,而擺線軌跡是一條圓滾曲線,它的軌跡比較陡峭,重力在它切線方向上的分量比較大,球的下落速度比較快,所以先到達終點,而直線的軌道雖然短,但球體下落的速度較曲線上的球體下落速度慢,因此后到達終點。
2、原理
在一個斜面上,擺兩條軌道,一條是直線,一條是曲線,起點高度以及終點高度都相同。兩個質量、大小一樣的小球同時從起點向下滑落,曲線的小球反而先到終點。這是由于曲線軌道上的小球先達到最高速度,所以先到達。然而,兩點之間的直線只有一條,曲線卻有無數條,那么,哪一條才是最快的呢?伽利略與1630年提出了這個問題,當時他認為這條線應該是一條弧線,可是后來人們發現這個答案是錯誤的。1696年,瑞士數學家約翰·伯努利解決了這個問題,他還拿這個問題向其他數學家提出了公開挑戰。牛頓、萊布尼茲、洛比達以及雅克布·伯努利等解決了這個問題。這條最速降線就是一條擺線,也叫旋輪線。
瑞士數學家約翰.伯努利在1696年再提出這個最速降線的問題,征求解答。次年已有多位數學家得到正確答案,其中包括牛頓、萊布尼茲、洛必達和伯努利家族的成員。這問題的正確答案是連接兩個點上凹的唯一一段旋輪線。
旋輪線與1673年荷蘭科學家惠更斯討論的擺線相同。因為鐘表擺錘作一次完全擺動所用的時間相等,所以擺線(旋輪線)又稱等時曲線。
3、目的
展項通過互動參與的方式,讓觀眾在親身體驗的過程中,了解最速降線的知識,同時聯系實際生活了解最速降線的應用。