1.不出軌的輪子
不需要控制，會自己轉彎的輪子！

器材：橡皮塞、牙籤、電線、熱熔膠

操作過程與現象

汽車用方向盤控制輪子方向以進行轉彎，火車沒有方向盤，主要是靠鐵軌導引來轉彎，因此火車的輪子設計就很重要。如果不仔細觀察，火車的輪子看起來好像是平的，但實際上不是平的喔！為什麼火車的輪子不是平的呢？讓我們來實驗一下不同形狀的輪子，在轉彎時有何差別？

圖一有甲、乙、丙三種輪子；甲是平的輪子（以圓筒塑膠管代替）；乙和丙是用牙籤當車軸軸心，插入橡皮塞當車輪，乙是內緣小、邊緣大的輪子；而丙反過來是內緣大、邊緣小的輪子。

鐵軌以高壓電電線（高度較高，一般電線太小）用熱熔膠黏貼在木板上。製作好彎曲的鐵軌後，稍微墊高，成為斜坡，再將甲、乙、丙三種輪子分別放在鐵軌上自由滾動（如圖二），觀察三種輪子是否能夠在鐵軌上自動轉彎，而不會出軌？

由實驗結果可以發現只有「丙」可以在鐵軌上轉彎，甲和乙都很容易出軌！

因此火車為了增加轉彎的穩定性，火車輪子的實際構造（如圖三、圖四），類似丙的結構，輪子的內緣略大於外緣。

原理

原理如下圖。由軌道起點A經過左彎（讀者的左邊）的彎道到B時，軌道會偏到輪子的右邊；此時平筒式的輪子「甲」因為維持原來運動方向而出軌。至於「乙」的輪子，在B點時由於軌道偏到輪子的右邊，因此整組輪子會左傾，反之「丙」的輪子是右傾。由於重力（即重量，紅色箭頭）朝下，使得已經傾斜的乙、丙輪子，都有一個f1的分力（藍色箭頭）。而乙輪子的f1分力朝左，此分力使乙輪子繼續往左偏，因此容易使輪子脫離軌道。而丙輪子的f1分力朝右，此分力會使丙輪子往右偏移，幫助輪子回到軌道中央，因此丙輪子就比較不容易出軌。

除了以分力解釋，也可以由輪子「轉動圈數」的差異來解釋（角速度差異）。例如乙輪子在B點時，軌道與左邊輪子的接觸點接近內側，而與右邊輪子的接觸點接近外側，因此乙輪子滾動星同距離時，左邊輪子滾動的角度較大（因為輪子內側圓周長較小），右邊輪子滾動的角度則較小，因此乙輪子傾向於往右滾動，容易在B點出軌了。反之丙輪子傾向於往左滾動，在B點就不會出軌了。