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研究生： 蘇益加
Yi-Jia Sue
論文名稱： 骨牌運動的測量
Dominoes Motion Measurement
指導教授： 賈至達
Chia, Chih-Ta
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 物理學系
Department of Physics
論文出版年： 2007
畢業學年度： 95
語文別： 中文
論文頁數： 122
中文關鍵詞： 骨牌 、多諾米骨牌 、示範教學實驗
英文關鍵詞： Domino
論文種類： 學術論文
相關次數： 點閱：313  下載：24 
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    • 本論文主要是設計與製作測量骨牌傾倒運動的儀器，以便精確的測量骨牌傾倒時的運動狀態。藉由所測量的數據，分析骨牌傾倒運動所產生的能量傳播現象，並驗證骨牌運動時動能與位能的交替轉換現象，並比較其中的相關性。在我們自行製作的骨牌傾倒角度測量器主要是由一精密的可變電阻改裝而成，可以測量骨牌傾倒角度隨時間的變化。因為骨牌傾倒的時間很短，因此必須自行設計時間解析的USB介面訊號接收器，配合圖形化操作介面軟體與裝置在骨牌上的角度測量器，精確測量骨牌依序傾倒時，其角度隨時間的變化，進一步分析每塊骨牌的角速度、動能與位能之間的交替變化的狀況。另一方面我們也用Easy Java Simulation模擬軟體來模擬實驗骨牌的運動狀態，再將模擬結果與實驗結果作相對比較，找出骨牌運動時的終端速度與能量交換轉換的機制。

    To design an instrument for accurate measuring the falling motion of Dominoes is the main target of this research. An angular motion sensor is constructed to resolve the falling angle of domino as function of time, and it is converted from a very accurate variable resistor. Due to the very short falling time, we designed and programmed a circuit to include a USB interface that connects the angular motion sensor with the computer. The obtained data were analyzed to verify the phenomenon of energy propagation of domino wave. The kinetic energy and potential energy of each domino were carefully deduced from the motion of domino, and the correlation of the wave motion with the kinetic and potential energy conversion was found. One the other hand, Easy Java Simulation (EJS) program was used to simulate the domino motion. The simulation results obtained from EJS were used to compare the experiment result, and the wave velocity of the domino motion and the energy transformation mechanism were found.

    目錄 第一章 緒論…………………………………………………………p.1 第一節 研究背景與動機…………………………………p.2 第二節 研究方法與目的…………………………………p.5 第二章 骨牌在平面上直線傾倒之運動模型………………………p.8 第一節 平面上骨牌直線倒臥運動的限制條件…………p.9 第二節 骨牌倒臥運動中轉動部分的探討………………p.12 第三節 兩塊骨牌之間碰撞部份的探討…………………p.15 第四節 骨牌運動中展現孤立子(Soliton)現象的探討…p.17 第三章 實驗設計與方法……………………………………………p.20 第一節 自製USB轉接介面訊號接收盒與軟體介紹……p.20 第二節 可變電阻內部結構介紹與分析…………………p.39 第四章 骨牌實驗測量與分析………………………………………p.48 第一節 單塊骨牌倒下運動的測量與分析………………p.48 第二節 連續多塊骨牌傾倒運動的測量與分析…………p.61 第五章 結論與未來的展望…………………………………………p.73 第一節 研究結論…………………………………………p.73 第二節 未來展望…………………………………………p.76 參考文獻………………………………………………………………p.79 附錄一 第一版ADC的電路圖………………………………………p.82 附錄二 第二版ADC電路圖…………………………………………p.84 附錄三 第一版ADC晶片程碼………………………………………p.85 附錄四 第一版控制版面程碼………………………………………p.87 附錄五 第二版ADC晶片程式碼附解………………………………p.109 附錄六 第二版控制版面程式碼附註解……………………………p.113 圖表目錄 圖2-1 骨牌運動狀態圖 p.9 圖3-1 晶片電路順序圖 p.23 圖3-2 電路成品圖 p.23 圖3-3 第二版晶片電路順序圖 p.25 圖3-4 第二版晶片電路順序圖 p.25 圖3-5 第一版讀取Comport輸出軟體介面 p.28 圖3-6 第二版讀取Comport輸出軟體介面 p.29 圖3-7 第一版訊號接收器控制原理圖 p.31 圖3-8 第二版訊號接收器控制原理圖 p.32 圖3-9 版權宣告 p.34 圖3-10 第一版完整的控制程式 p.35 圖3-11 第二版完整的控制程式 p.36 圖3-12 安裝軟體介面圖 p.38 圖3-13 可變電阻真實結構與示意圖 p.40 圖3-14 檢驗電阻隨角度變化裝置 p.41 圖3-15 電阻值隨角度的變化 p.41 圖3-16 可變電阻的內部結構 p.42 圖3-17 可變電阻電路示意圖 p.43 圖3-18 放大電路 p.44 圖3-19 阻尼單擺實驗裝置圖 p.45 圖3-20 不同角度下的阻尼實驗 p.46 圖4-1 骨牌實物圖 p.49 圖4-2 骨牌實物裝置圖 p.49 圖4-3 單塊骨牌的時間對角度實驗圖 p.51 圖4-4 角速度與時間關係圖 p.52 圖4-5 質心與支點關係圖 p.53 圖4-6 骨牌底面與底座碰撞圖 p.53 圖4-7 骨牌底面與底座碰撞圖 P.54 圖4-8 EJS主要操作介面 p.56 圖4-9 骨牌運動受力示意圖 p.57 圖4-10 EJS介面的參數定義 p.58 圖4-11 EJS參數演化關係設定 p.58 圖4-12 EJS模擬單塊骨牌狀況圖 p.59 圖4-13 EJS模擬圖與實驗比較圖 p.60 圖4-14 前八塊骨牌時間隨角度的變化圖 p.61 圖4-15 穩定態下骨牌角速度對時間的變化 p.63 圖4-16 孤立子波形成示意圖 p.63 圖4-17 骨牌位能對時間變化圖 p.65 圖4-18 質心變化圖 p.65 圖4-19 骨牌動能對時間變化圖 p.66 圖4-20 位能與動能變化對比圖 p.67 圖4-21 單塊骨牌與多塊骨牌之一相互比較圖 p.68 圖4-22 限制條件示意圖 p.69 圖4-23 多塊骨牌在不同位置下相對比較圖 p.69 圖4-24 總角動量時變圖 p.70 圖4-25 總能量時變圖 p.71 表3-1 乾摩擦係數值 p.47 表4-1 骨牌碰撞時間表 p.64

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