科學魔法王：飛轉水桶不瀉水
【明報專訊】試想想，如果你把自來水注入一個水桶，然後將水桶在你的頭上倒轉過來，後果將會是不堪設想呢！只要運用少許物理學原理，你不但不會滿身濕透，甚至可以將之轉化為一場魔法表演呢！
文、圖：順利天主教中學化學及數學科教師、香港數理教育學會及香港科學創意學會理事 李偉瀚
■材料
自來水
1個水桶
■施展魔法步驟(圖a)
1. 將自來水注入水桶內，約至一半滿。
2. 手持水桶的手柄，拿着水桶放在雙腳前方的位置。
3. 緊緊捉住水桶的手柄，讓水桶及裏面的水以一定的速度不斷轉圈。
只要旋轉的速度夠快，無論水桶處於任何位置，甚至在最高點，裏面的水還是不會瀉出來的。現場觀眾定必感到非常驚訝呢！
■科學原理：向心力
這是一個關於向心力(centripetal force)的實驗活動。當一個物體做圓周運動(circular motion)時，其運動的速度(velocity)會提供一個力(force)，令到它改變運動方向，來達至其圓周運動的軌迹，這個力就是「向心力」。
水桶和水能不斷改變運動方向，做出圓周運動的軌迹，其實是因為向心力的驅使。
為什麼水桶內的水不會瀉出來呢？當水桶去到最高點時，因水桶沒有蓋，再加上地心吸力，水看似會瀉出來。但原來當它去到最高點時，其重量加上水桶給予水的作用力合起來，正好提供了繼續做圓周運動的向心力，因此水不會瀉出來。但若水桶的旋轉速度不夠快，水就有可能飛瀉出來，因為水的重量大於圓周運動所需向心力呢。
■注意事項
1. 在練習期間或表演前，你最好先預備毛巾及地拖，萬一失敗，也可以盡快清理。
2. 表演場地附近最好有充足的自來水供應，即使有時表演不成功，也可以反覆表演。
■魔法小貼士
1. 切勿將太多自來水注入水桶內，以免表演開始或即將停止時，水會飛瀉出來。一般來說，水的分量不宜少於水桶容量的三分之一。
2. 若旋轉的速度不夠快，水桶內的水有可能會飛瀉出來。
■科學探究
你可嘗試將不同分量的水倒進水桶，及以不同的速度去為水桶轉圈，看看哪分量的水和怎樣的旋轉速度能作為以上活動的最佳組合。
[常識學堂 088期]
