物體從斜面上下來，一定是滾動嗎？有沒有可能是滑動或連滾帶翻，甚至根本連動都不動呢？將生活中的瓶罐裡頭加點變化，在斜坡上鬆手釋放讓它們滾動…很多實驗結果可能超出你的預期。

應科學少年邀稿，那一陣子做了做了好多組不同罐子滾動的實驗。無聊時，拿家中的罐頭食品來滾動，玉米粒、鮪魚罐與花生麵筋，誰滾動得快呢？發現，當罐裡的內容物是會流動的，滾動行為就會很特別，甚至還有一些超出我預期的實驗結果。滾動速度會受到內容物的流動性與重量影響，並不是越重越快。

這篇是簡單分享實驗。選擇研究水、冰、膠水與金屬重物(用硬幣固定成硬幣柱)，並為了控制實驗，買了二款有蓋小罐子各幾個來操作。

斜坡裝置：架高木板做為斜坡。斜坡材質會影響實驗效果，如果斜面較光滑，坡度就不要太陡。

操作步驟

1. 測試罐子的滾動，滾起來會轉彎代表一邊高一邊低。在較低處用膠帶纏1-2圈，直到滾動方向不偏離。

2. 在另一個圓罐子裡加顆彈珠，鎖上蓋子。將空罐與彈珠罐放在斜坡上方，同時鬆手釋放，誰滾得快？

(相片裡的罐子尚未加蓋)

3. 將5枚、10枚一元硬幣以膠帶固定做成圓柱，分別放入小罐子中。讓它們同時滾下，內容物越重，滾動一定越快嗎？

4.再將金屬柱與彈珠一起做比較，先猜猜滾得快？然後再操作。

5.在罐子裡裝適量水，蓋緊瓶蓋後冰在冷凍庫製造出半冰罐。比較一下，半冰與半水的罐子，從斜坡上同時釋放，誰滾得快？先猜猜，然後實際操作看看，結果與預測相同嗎？

6.改變半冰罐的起始擺放方式，什麼情況下才會滾動？當冰開始熔化一些，半冰罐的滾動情形跟原先有什麼不同？ 

7. 在罐子裡加入少許膠水或洗碗精，它的滾動情形與裝水罐子有什麼不一樣？重複幾次實驗，改變膠水量或是改變斜面傾斜程度，仔細觀察小罐子裡頭液體的變化。

原理與結果

實驗有不少結果出乎我的預料，例如加了十枚硬幣的罐子雖然重，但滾動速度反而比空罐慢；裝半滿膠水的罐子，雖然不像裝水的罐子流動性高轉得很快，卻出現先停頓再加速的現象。換言之，內容物越重，滾動就越快嗎？這可未必。

當罐子內裡滾動不同步時，要考慮物體與罐壁的摩擦及重心位置變化。有時，內容物越重反而對罐子滾動造成阻礙。前面步驟的滾動速度是空罐>彈珠罐>五枚硬幣柱罐>十枚硬幣柱罐。十枚硬幣柱重量雖大，但它與罐壁摩擦力也大，使圓罐滾得慢。

液體流動性也會影響滾動速度。剛由冷凍庫取出的半冰罐，冰塊與罐身完全凍結，放手之後半冰罐會自動煞車。直到外緣稍熔化，水的流動性使冰塊滑動自動調整水平，滾動速度就能變快了。

膠水黏滯性較水高，就算外罐已翻轉，裡頭液體仍緩緩流動。初期滾動速度很慢，直到開始轉動後膠水被甩到外圍，膠水罐就會像小輪胎似的越滾越順暢！


膠水黏滯性大，流動緩慢，最初移動停滯。但開始滾動後，膠水被甩到圓罐內緣像輪胎一樣，就會在斜坡上加速滾動。

將膠水與硬幣柱同時放到罐子裡，意外衍生了滾得超慢的烏龜罐，實驗請見：跟重力作怪的烏龜罐與蝸牛球！
 

後記

最早我是用梅子罐來做冰與水的實驗，滾動得很快，效果也不錯，但罐子真的太大了，若是用膠水，得耗掉不少材料。

後來在五金行找到裝化妝品乳液的小圓罐，大小適中且方便觀察。只是，圓罐一邊稍高，需要加膠帶去修正。若是要做為科展，則還有許多條件需要控制…，黏滯性也能討論，並且影響滾動、摩擦的因素還有很多，也不是所寫的這樣簡單。材料都能替換，液體的種類與用量也是。結果可能會和我不一樣。所有實驗都請先預測，再操作觀察。這篇只是點到為止，有興趣的人可以做下去。
 

(謝謝axer幫忙拍攝相片。)

2015-05-19