科學玩具－力學－雙節球棒

中央大學理學院科學教育中心的演示實驗室裡，不時傳來活動溝通與論證的聲音，這正是朱教授與她的助理小智日常工作的場景。那位戴著眼鏡、身形瘦高的朱教授，正與小智面對著一個巨大的、形狀不規則的巨型機械。它重得驚人，也已經超出了常人的搬運能力。

小智：「教授，這東西到底有多重？我們真的要用蠻力搬動它嗎？」

朱教授指向演講臺上的一個提示牌，上面寫著斗大的字：考慮力矩。

「記住，在物理學的世界裡，光是力氣大是沒有用的！」朱教授說道，她的聲音充滿了張力。「我們現在所面對的，是一個轉動平衡的問題。需要考慮的不只是力量，而是力矩！」

力矩，是描述使物體產生旋轉的物理量。當我們推或拉一個物體時，如果這個力沒有直接作用於物體的重心或通過物體的轉軸，它就會有旋轉的傾向。

朱教授轉身從一個細長的紙箱中取出了一支外觀光滑、紋理清晰的木製球棒，上面還烙印著「國立中央大學物理演示實驗室」的字樣，證明它是專門的教學工具。

 
物理演示實驗室推廣的秘密武器：尋找物體重心、力矩平衡、甜蜜點
平常可妥善存放在車上，也可以用來護身

「注意看，它不是普通的球棒。」朱教授將球棒緩緩地水平抬起，僅用手指便找到了能讓球棒紋絲不動、完美平衡的點，也就是它的重心。「手指支撐著重心時，球棒雖然有重量，但它依然保持靜止。為什麼？」朱教授問道。

小智思考了一下：「因為兩邊的重量一樣嗎？」

朱教授搖了搖頭：「當支撐點在重心處，兩邊的重量不一定相等，關鍵在於力矩平衡。」

將球棒的重量當視為是左右分開的兩部分，左邊的重量會產生讓球棒逆時針旋轉的力矩​，而右邊的重量則會產生讓球棒順時針旋轉的力矩。由於兩邊的重量乘上它們各自到支撐點的距離（力臂），順時針力矩恰好等於逆時針力矩，使得合力矩為零。

高瘦的朱教授使出了她的「殺手鐧」，輕輕一扭，便將球棒從中間乾淨俐落地分開了，成為長短不一的兩截短棒：較重、較粗的擊球端和較輕、較細的握把端。

分成兩段的球棒，有各自的重量及重心
且距離支點（切斷處）的距離也不相同

「想用手指撐起其中的任何一截，也必須找到它們各自的重心。來，試試看。」朱教授指導道。

小智找到兩截球棒的重心位置後，終於將球棒的原理與眼前的難題聯繫了起來。目光轉回到實驗室裡那個龐然大物，小智恍然大悟。

「教授，我們不需要更大的力量，而是需要更長的力臂，對嗎？」

朱教授滿意地點了點頭：「即使是我們這種體力相對不佔優勢的人，也能透過增加力臂，從而產生足夠大的力矩，來抵抗或穩定這個龐然大物的重量力矩。」

「合力平衡與合力矩平衡是物理、工程和設計的基礎，但力量是蠻勁，而力矩是巧勁。精確掌握力矩的計算，才能像這根拆解的球棒一樣，輕鬆地操控龐然大物，在物理世界中獲得四兩撥千斤的智慧。」

那麼，適不適合只從力矩平衡的觀點來決斷所有的情境問題？讓我們一起來破解香噴噴的烤地瓜分配問題吧。

圖片來源：易迷惑的物理問題（問10　我喜歡的烤蕃薯）

一郎及二郎兩位兄弟，聽到了賣烤蕃薯的叫賣聲後跑出來，但是把兩個人的零用錢合起來卻只能買一個。

他們苦於等分這個烤蕃薯，後來依照一郎的建議，決定用線吊著烤蕃薯。

把線調整了幾次之後，烤蕃薯變成水平。

最後是一郎吃粗的一端，二郎吃細的一端，到底是？

１、一郎佔便宜。

２、二郎佔便宜。

或

３、兩個人吃的量完全相等。