Question

一位小朋友在粗糙不打滑的“Z”字形平面軌道上滾動一個半徑為10cm的圓盤，如圖所示，AB與CD是平行的，且水平，BC與水平面的夾角為60°，其中AB=60cm，CD=40cm，BC=40cm，請你作出該小朋友將圓盤從A點滾動到D點其圓心所經過的路線的示意圖，并求出此路線的長度．

Answer 1

如下圖，畫出圓盤滾動過程中圓心移動路線的分解圖象．
可以得出圓盤滾動過程中圓心走過的路線由線段OO₁，線段O₁O₂，圓弧

O2O3

₃，線段O₃O₄四部分構成．
其中O₁E⊥AB，O₁F⊥BC，O₂C⊥BC，O₃C⊥CD，O₄D⊥CD．
∵BC與AB延長線的夾角為60°，O₁是圓盤在AB上滾動到與BC相切時的圓心位置，
∴此時⊙O₁與AB和BC都相切．
則∠O₁BE=∠O₁BF=60度．
此時Rt△O₁BE和Rt△O₁BF全等，
在Rt△O₁BE中，BE=

10 3

3

cm．
∴OO₁=AB-BE=（60-

10 3

3

）cm．
∵BF=BE=

10 3

3

cm，
∴O₁O₂=BC-BF=（40-

10 3

3

）cm．
∵AB∥CD，BC與水平夾角為60°，∴∠BCD=120度．
又∵∠O₂CB=∠O₃CD=90°，
∴∠O₂CO₃=60度．
則圓盤在C點處滾動，其圓心所經過的路線為圓心角為60°且半徑為10cm的圓弧

O2O3

．
∴

O2O3

的長=

60

360

×2π×10=

10

3

πcm．
∵四邊形O₃O₄DC是矩形，
∴O₃O₄=CD=40cm．
綜上所述，圓盤從A點滾動到D點，其圓心經過的路線長度是
（60-

10 3

3

）+（40-

10 3

3

）+

10

3

π+40=（140-

20 3

3

+

10

3

π）cm．