變形金剛

一、目的

以竹籤、瓦愣板、橡皮管、橡皮筋設計可摺疊的結構，並於釋放後能自行彈 開伸展變形成「高塔」或「飛行器」，藉以激發學生創意思考並應用結構力學、 彈性原理設計製作可摺疊器物，期望啟發之概念將來能運用於空間精簡之現代生 活或科技產品中。

二、原理

桿件和桿件結合有固定、滑動、轉動、滑動且轉動等方式，而轉動有有二維自由轉動、三維自由轉動、二維受限轉動、三維受限轉動等。以竹籤組成一個可 摺疊的結構體必須考慮每個關節的運動方式，尤其是轉動方式，而設計一個可摺疊且可彈開的結構體更需善用彈性物體作為桿件和桿件之間的連結。 彈性體的形變量愈大恢復力就愈大，彈性體的材質、厚度、寬度等也會影響彈力常數。恢復力如果太小就無法支撐結構體，但假如恢復力太大，超過竹籤的 彎曲極限就可能使竹籤斷裂。 設計高塔需考慮結構及各關節恢復力的平衡，才能於彈開後維持穩定直立。設計飛行器需使恢復力能在釋放時能平均且充分作用，使飛行器能獲得快速度準 直射出。

三、活動一:旗正飄飄

(一)場地

如右圖一，得分區為150 x150公分正方形地面區域， 與起拋線相距80公分。

(二)使用器材

1. 大會提供

竹籤、橡皮管(細)、橡皮管(粗)、橡皮筋(小)、橡 皮筋(中)、橡皮筋(大)、塑膠瓦愣板、三角旗、雙 面膠帶、棉線 80 cm 圖一 活動一場地 150 cm 150 cm 起拋線 得分區 

2. 學生自備

透明膠帶、氣球、直尺、剪刀、美工刀、切割墊、鑽子、油性筆、髮夾、 打氣筒等。

(三)競賽說明

1. 製作說明

(1) 每隊於製作時間內(詳見後面時間規定)完成參賽作品。

(2) 限以大會提供的竹籤、棉線、塑膠瓦愣板、各式橡皮管、橡皮筋及自 備的透明膠帶製作一具旗塔。

(3) 旗塔的最上方一節竹籤為旗桿，在旗桿上方以大會發的雙面膠固定三 角旗。

(4) 可將自備氣球以棉線繫於旗塔上。

(5) 完成之旗塔(不含氣球及繫氣球的棉線)必須能 摺疊，且摺疊之後以一手抓住後之大小不得超 過15×15×40cm範圍，即必須要能全部放進 一邊開口的規格盒內(尺寸如右圖二)。

(6) 上述摺疊作品於拋出後必須能彈開，且落地之 後旗子能位於高處才能獲得好成績。(附錄一 彈性結合參考範例)

2. 操作說明

(1) 每一隊員輪流操作一次，共三次操作。

(2) 第一人於呼叫隊號前先將旗塔摺疊好握於單一手掌中，呼叫隊號後便 開始計時。

(3) 每一隊競賽時間為4分30秒，計時截止時便停止操作，未完成的部分以 0分計，但已拋出之旗塔可繼續完成測量。

(4) 參賽者立於起拋線前將摺疊好的旗塔放入規格盒裡，若能完全放入盒 內(不含氣球及其繫線)，裁判判合格之後便能進行拋擲。

(5) 若摺疊後的作品無法完全放入規格盒內，裁判判為不合格，參賽者可 進行調整再檢查或選擇放棄，該次以0分計。

(6) 參賽者將檢查合格之作品拋向得分區上空，使旗塔展開並落於得分區 內。 (得分區如圖一，距離起拋線80公分之150 x150公分正方形地面 區域)

(7) 旗塔著地並靜止後裁判測量旗桿頂的鉛直高度作為計分之依據，高度 愈高者成績愈佳。

(8) 裁判測好高度後下一名隊員便能取回旗塔開始摺疊…，每隊參賽程序如 下。(注意，呼叫隊號時若未完成摺疊仍開始計時)

3. 計分方式

(1) 裁判測量旗桿頂端距離地面之鉛直 高度(判讀至公分)。但如果高度小於 30cm則視為失敗，以0cm計。

(2) 若旗塔著地後任何接觸地面部分(不 含氣球及其繫線)超出得分區範圍， 則所測高度乘以三分之二 (取自小 數點後一位)。

(3) 每隊三人高度相加即為該隊成績。

(4) 依照各隊成績高下排名，再以六等第計分法換算該隊得分，即為活動 一得分（得分a）。

4. 其他注意事項

(1) 竹籤、塑膠瓦愣板、橡皮筋、橡皮管均可任意剪裁使用。棉線可連結 或剪短或分成數股細線使用。

(2) 旗桿末端繫一顆氣球是為了利用氣球受空氣阻力產生拖曳作用，而使 旗塔落下時能保持正立姿態，各隊可自行決定是否使用氣球。

(3) 氣球必須於製作時間內以嘴巴吹，或以自備打氣筒打入空氣，不得灌 入其他種類氣體(如氫、氦等)。

(4) 三角旗黏貼高度不得超過旗桿頂以利於裁判測量高度。

(5) 參賽者可自製作品規格盒並帶來自行測試，但競賽時仍以大會準備的 為準。 判讀高度範圍 

(6) 競賽時，參賽者將作品拋出時必須一次釋放，不得分次逐步釋放，否 則裁判得以違規判該次0分。

(7) 參賽者應將作品向得分區上方拋出，令作品在空中自行彈開且落下。 如果旗塔的任何部分已經碰觸地面而仍有旗塔、棉線、氣球任何部分 未完全離手，裁判得以違規判該次0分。

(8) 隊友得協助撿回及摺疊作品，但摺疊完成後就必須要退開。

(9) 競賽時間內仍可調整作品，作品毀損仍可繼續競賽。

(10) 若裁判懷疑通過檢查之作品在拋擲前又滑脫而超出規格範圍，可要 求重新檢查規格。重新檢查結果如果仍符合規定則繼續進行拋擲，且 延長鐘競賽時間10秒。如果不符合規定則必須調整至合格才得拋擲， 且不延長競賽時間。

四、活動二：靈蛇出洞

(一)場地

活動二場地如右圖三，兩側實線夾角10度，3m 以上為淺色陰影區，淺色陰影區外0.5m之內為深 色陰影區。 發射點為距離地面約150~160cm高度之一個特 定位置(約為羽球網高度)。

(二)使用器材

1. 大會提供

竹籤、橡皮管(細)、橡皮管(粗)、橡皮筋(小)、 橡皮筋(中)、橡皮筋(大) 、塑膠瓦愣板、棉線。

2. 學生自備

透明膠帶、滑翔翼薄膜、直尺、剪刀、美工 刀、油性筆、切割墊、髮夾等。

(三)競賽說明

1. 製作說明

(1) 每隊於製作時間內(詳見後面時間規定)完 成參賽作品。

(2) 限以大會提供的竹籤、棉線、各式橡皮管、橡皮筋、塑膠瓦愣板製作 一具飛行器。

(3) 可以自備的薄膜為飛行器加裝滑翔翼。 發射點之投影點

(4) 完成之飛行器(含滑翔翼)必須能摺疊，且摺疊之後以一手抓住後其大小 不得超過15×15×40cm範圍，即必須要能全部放進一邊開口的規格盒 內(如圖二)。

(5) 上述摺疊後之作品於釋放後必須能彈射出去，射得遠且準才能獲得好 成績。

(6) 參賽者得事先製作發射座(詳見注意事項)帶來使用。

2. 操作說明

(1) 每一隊員輪流操作一次，共三次操作。

(2) 第一人於呼叫隊號前先將飛行器(含滑翔翼)摺疊好握於單一手掌或發 射座中，呼叫隊號後便開始計時。

(3) 每一隊競賽時間為4分30秒，計時截止時便停止操作，未完成的部分以 0分計，但已射出之飛行器可繼續完成測量。

(4) 參賽者立於發射點之前將摺疊好的飛行器(含滑翔翼、發射座)放入規格 盒裡，若能完全放入盒內，裁判判合格之後便能進行發射。

(5) 上述摺疊後若無法完全放入規格盒內，則裁判判為不合格，參賽者可 進行調整再檢查，或選擇放棄，該次以0分計。

(6) 參賽者將握住飛行器的手腕關節置於發射點，張開手掌使飛行器彈開 並射向得分區。 (如圖三場地圖所示)

(7) 飛行器著地並靜止後裁判測量最末端位置判斷得分。

(8) 裁判紀錄好得分後下一名隊員便能取回飛行器開始摺疊…，每隊參賽程 序如下。(注意，呼叫隊號時若未完成摺疊仍開始計時) 

3. 計分方式

(1) 飛行器靜止時末端所在位置距離發射點未超過3m則以 0分計。

(2) 如果飛行器末端超過3m且靜止於夾角10度的邊線範圍內(淺色陰影區)， 則得分為發射距離取整數如圖三所示之3、4、5、6…。若因競賽場地 大小之限制，則飛行器超過最遠端得分區者一律以最遠端得分+2計。

(3) 如果飛行器末端超過3m且靜止於邊線外0.5m範圍內(深色陰影區)，則 得分為同距離得分區之三分之二。

(4) 飛行器末端超過3m但超出深色陰影區，不論距離為何均得1分。

(5) 如果飛行器發射後分裂開來，則以最接近發射點的部分之末端所在位 置計分。

(6) 每隊三人成績相加即為該隊成績。

(7) 依照各隊成績高下排名，再以六等第計分法換算該隊得分，即為活動 二得分(得分b)

4. 其他注意事項

(1) 竹籤、塑膠瓦愣板、橡皮筋、橡皮管均可任意剪裁使用。棉線可連結 或剪短或分成數股細線使用。

(2) 各隊可自行決定是否加裝滑翔翼。若要加裝滑翔翼，只能使用自備軟 性薄膜材料，得事先剪裁。若需裝置支架、彈性材料等必須使用大會 統一發放的材料，且得使用自備膠帶。

(3) 滑翔翼必須固定在飛行器上，摺疊時必須能連同飛行器放入規格盒內， 且發射時必須與飛行器一併射出。

(4) 本項活動辦法中所謂之「末端」是指飛行器(含滑翔翼)發射且著地後最 接近發射點的部位。

(5) 使用發射座可使發射順暢、穩定，各隊可自行決定是否使用。若要使 用發射座需自備，且必須符合以下規定否則以0分計。

  <1>發射座只能以膠帶及紙張或紙板製作，不得包含其他材料。

  <2>只能以飛行器結構變形時推擠發射座之反作用力來發射飛行器，
     不得以橡皮筋或橡皮管連結飛行器與發射座而藉由伸長形變之
     彈力來發射飛行器。
  <3>飛行器發射出去後，不得留下任何組件在發射座上。即，發射座
     仍須保持原來的組成及材料(膠帶、紙張或紙板)。

(6) 參賽者可自製作品規格盒並帶來自行測試，但競賽時仍以大會準備的 為準。

(7) 競賽時，參賽者將作品射出時必須一次釋放，不得分次逐步釋放，否 則違規判該次0分。

(8) 發射過程參賽者應必須將手腕關節靜置於發射點，可調整發射角度， 但不得移動，否則該次以0分計。

(9) 隊友可協助撿回及摺疊作品，但摺疊完成後隊友就必須要退開。

(10) 競賽時間內仍可調整作品，作品毀損仍可繼續競賽。

(11) 若裁判懷疑通過檢查之作品在拋擲前又滑脫而超出規格範圍，可要 求重新檢查規格。重新檢查結果如果仍符合規定則繼續進行拋擲， 且延長鐘競賽時間10秒。如果不符合規定則必須調整至合格才得拋 擲，且不延長競賽時間。

五、競賽時間

(一) 製作：活動的製作與測試時間（含說明及領取材料）共 40 分鐘。

(二) 評審：依評審叫號按順序活動一、二同時進行，活動一每組 4 分 30 秒，活 動二每組 4 分 30 秒

六、評等

(一) 各隊活動一六等第得分（得分a）、活動二六等第得分（得分b）相加後排 序決定單項優勝隊伍。

(二) 若總分數相同時以活動一的得分高者獲得，若活動一的分數相同時以活動 一的原始得點高者為單項優勝競賽獎。

七、給評分者的建議

(一) 檢查事項

(1) 使用材料必須符合本競賽項目辦法之規定。

(2) 氣球只能灌入空氣，不得灌入其他氣體。

(3) 作品摺疊後必須小於15×15×40cm範圍，能完全放入規格盒內，不得硬 撐使規格盒變形。

(4) 活動一氣球和繫氣球的棉線不需放入規格盒，但活動二之滑翔翼及發射座 都必須能放進規格盒內檢查。

(5) 活動二若使用發射座，只能以紙或紙板為材料，且只能以膠帶黏貼製作。 

(二)學生操作時

(1) 參賽者站定位之後才檢驗摺疊作品之規格，以減少作品檢查後又鬆脫的機 會。

(2) 測量時必須正確且快速，且確定測量結果後要明確讓參賽者知道，以便把 握時間進行下一動作。

(3) 作品必須一次釋放，不得分階段釋放。

(4) 活動一可以畫有刻度的鉛錘線或尺測量高度。

(5) 活動一即使旗桿頂不是在最高位置仍以旗桿頂為測量高度之依據。

(6) 活動一旗塔接觸地面的部位超出得分區才需將高度乘以三分之二，若只有 懸空超出得分區則不需要乘以三分之二。

(7) 活動二發射時手腕關節必須放在發射點上，不得移動。

(8) 活動二不得以橡皮筋或橡皮管一端附著在飛行器一端掛在發射座，藉伸長 形變的彈力發射飛行器。

(9) 活動二發射後若發射座掉落地面不影響成績。

(三)場地設置

(1) 在活動二辦法中得分區並無距離上限，但實際上會受限於比賽場地，在空 間許可下應盡量規劃最大距離，且各場地遠端兩側與牆壁等障礙物至少間 隔0.5m。

(2) 如圖三活動二場地只需布置實線部分(淺色陰影區)，評審時須準備一支長 直尺輔助測量是否超出0.5m。

(3) 根據參賽隊伍數量設置場地數，嚴格執行叫號便開始計時，並熟悉測量方 法及流程，各場地在45分鐘競賽時間內應可評審6~7隊。

(4) 活動一、二場地可交錯布置以節省空間(參考附錄二)。

(5) 盡量避免強風影響，活動二場地尤其應避免逆風或順風。

八、給競賽者的意見

(一) 本活動使用的器材大都容易取得（若無法取得，請洽遠哲科學教育基金會 高振翔先生，電話2363-3118#14），因此可以在家事先勤加演練，方能在 競賽時獲取佳績。

(二) 本項活動使用的材料雖然簡單，但變化無窮，附錄三提供幾種基本作法供 參考，參賽者可發揮創意設計更多種組合方式。

(三) 竹籤容易折斷，正可考驗參賽者以巧妙設計及操作彌補竹籤強度不足之問 題。 

(四) 不同廠牌之竹籤、橡皮筋、橡皮管等材料之尺寸有所差異，參賽者必須能 根據現場發放材料之性質調整作法。

(五) 領到竹籤發現異常，僅能交換5次，一支換一支。

(六) 因使用場地範圍大，且各場地受風的影響不盡相同，參賽者請自行修正風 向造成之影響。