吹箭

原作者：謝迺岳
關鍵詞：功能原理，拋體運動，重心
同義詞：吹矢，管箭
夜深了，鳥兒都在樹上沉睡了。幾位原住民小朋友在大哥哥的帶領下，輕步挪到大樹前，舉起長桿，插入箭矢。大家屏氣凝神，在大哥哥的一個眼神示意下，同時吹出箭矢；中箭的鳥兒紛紛落地，竟然沒有驚醒其他的鳥們。於是小朋友們再度裝上箭矢，舉起長桿……。

探究問題

吹箭的製作要點是什麼？如何吹才能射得遠？吹箭的裝置在現代有什麼應用價值？

實作項目

1. 材料
   粗吸管，細吸管，粘土
   
2. 製作
   把粗吸管的一端剪開成1cm的縱裂紋，把另一支粗吸管塞入裂紋後，就可以連結粗吸管成為不漏氣的吹管。
   
3. 操作
   使用吹箭時，先把細吸管放入粗吸管中，用口含住粗吸管用力吹氣，箭矢就能飛出。
   
   1. 猜測：在細吸管的前端塞粘土；是否粘土愈多，箭矢飛得愈遠？先猜想再實做。
   2. 猜測：連接數支粗吸管成為吹管；是否吹管愈長，能使箭矢飛得愈遠？先猜想再實做。
   3. 猜測：吹管的仰角為幾度時，吹箭的射程愈大？先猜想再實做。

結果與討論

必須把細吸管的尾端剪成數片花瓣，將箭矢塞入粗吸管時花瓣靠近口部，吹氣時則不易漏氣而能飛得較遠。

1. 結果：粘土的作用有二：調整箭矢的重心向前（飛行時的空氣阻力較小），增加重量（降低空氣阻力對箭矢的影響比例）。因此有最佳化的位置與重量，在本實驗中應該將重心移至箭矢前端1/5長的位置。
2. 結果：吹管愈長，吹氣施力的距離也愈長，作功也愈大，使箭矢獲得較大的動能（功能原理）。然而當箭矢在管中運動時，吹管內部的空氣不易被排出而形成很大的阻力，因此較長的吹管反而使箭矢的出口動能減小。另外，本實驗的吹管由數支吸管連接而成，太多支粗吸管會造成吹管彎曲、連結處會造成卡彈、長的吹管壁有較大的摩擦力等，也使箭矢減速；因此吹管應有最佳化的長度。
3. 結果：在簡化與理想化的模型中，如果質點從地面抛射的仰角為45度時，可以達到最大的水平射程。然而我們站立射擊時，應該使仰角降低而獲得較大的射程。另外，箭矢是長條狀物體，受到空氣阻力與浮力的影響，在飛行時箭頭會上揚（失速），因此吹管的仰角應該更低。

教學目標

不限年齡與教育程度，若是計算射程則須中學以上。

1. 知識上：認識原住民的吹箭，學習功能原理，理解簡化與理想化的限制。
2. 技能上：學會最佳化吹箭的方法，能夠計算射程。
3. 情意上：喜歡原住民傳統科技，不畏懼科學的計算，願意與他人分享與競賽。

應用

1. 在科學上：重心，功能原理，拋體運動，流體力學的學習。
2. 在科技上：鐡公路隧道的流體力學，真空運輸管道的設計。
3. 在藝術上：美化吹箭的吹管與箭矢，射遠與射準的競賽。
4. 進階活動：依箭矢的射程與吹管的高度及仰角，推算箭矢的出口速度。

參考資料

學習單-吹箭