多多罐陀螺

原作者：謝迺岳
關鍵詞：陀螺，轉動慣量，功能原理
同義詞：原住民陀螺，童玩陀螺

用多多罐製作陀螺，不但環保與懷舊，還可以探索許多科學原理．多多罐由聚苯乙烯PS為原料，因此很容易鑽洞與切割．使用小剪刀或鑽子即可在多多罐上鑽洞，若是先把鑽子加熱會更容易成型．把寶特瓶蓋蓋在多多罐口上，可以貯存豆子等小物、加工成玩具或樂器、更可能製成各種科學教具．

探究問題

如何利用環保材料設計一個完美的陀螺？怎樣使陀螺能轉動得很久？在我們的文化中，共有多少種形式的陀螺？各種設計與操作的科學原理為何？陀螺儀是現代科技，被使用在那些領域上？

實作項目

1. 材料
   多多罐（100mL），寶特瓶蓋，竹筷（22cm），棉線（150cm），橡皮圈
2. 製作
   在寶特瓶蓋與多多罐底中央處各鑽一個小孔，將瓶蓋蓋上多多罐後，再緊緊的插入一支竹筷成為陀螺．為了使陀螺轉動穩定，必須使用以下方法：
   1. 用雙手搓竹筷使陀螺轉動，練習穩定度，以使陀螺的轉動時間達到十秒鐘．
   2. 用另一個有洞的寶特瓶蓋做發射器．將棉線一端繞在陀螺頂端的竹筷上，另一端穿過發射器；將發射器貼緊竹筷而拉動棉線，陀螺即可穩定旋轉．
3. 操作
   在以下實驗中，實驗一與二可選擇用雙手搓動或用棉繩拉動陀螺，實驗三必須使用棉繩拉動．
   1. 猜測：在多多罐的腰部綁上五條、十條、十五條橡皮圈，用相同的方法轉動陀螺，是否「橡皮圈的數量愈多」會使陀螺的「轉動時間增加」？猜測後再實做．
   2. 猜測：將十五條橡皮圈綁在多多罐上，但是分別綁在罐底、腰部、或平均分配，以改變陀螺的重心．用相同的方法轉動陀螺，是否「陀螺的重心愈高」會使陀螺的「轉動時間愈長」？猜測後再實做．
   3. 猜測：猜測：用棉繩與發射器使陀螺轉動．改變棉繩繞竹筷的圈數，如五圈、十圈或十五圈；是否「驅動陀螺的圈數愈多」會使陀螺的「轉動時間愈長」？猜測後再實做．

結果與討論

製作好陀螺的要件是穩定與平衡．讓陀螺轉得久的要素是較大的轉動慣量與較高的重心（內在因素），以及較大的力與較多的驅動圈數（外在因素）．

1. 結果：陀螺質量愈大（轉動慣量也愈大），陀螺就能轉得愈久．但是綁更多條橡皮圈不見得更有利，因為質量不平均或太重，也讓陀螺不易轉動．另外，在相同的作功條件，陀螺的轉動時間並非與陀螺質量成正比關係．
2. 結果：陀螺的重心愈高時，倒下所需的時間就愈長，能使陀螺轉動得愈久．另外，本實驗將橡皮圈綁在多多罐底時，比綁在腰部離轉軸更遠，也會使「轉動慣量」增加，有利於使陀螺轉動得更久．
3. 結果：初轉速愈高，陀螺就能轉得愈久．提高初轉速的方法是作功，也就是增加施力的大小與施力期間的轉動圈數．施力大小不易測量，但是愈長的繩子必然能增加施力期間的轉動圈數，作功較多使初速較大，陀螺就能轉得更久了．
   

教學目標

各年齡及各種教育程度皆可．

1. 知識上：認識轉動慣量、轉動作功、功能轉換等原理，以及陀螺的現代科技．
2. 技能上：學會陀螺的製作要領，以及使用簡單工具與材料的能力．
3. 情意上：發現童玩的新價值，喜歡自己的傳統文化，更易領悟科學名詞與原理

應用

1. 在科學上：轉動慣量、功能原理、重心的測量等教學活動．
2. 在科技上：太空航行與無人車的定向裝置；藉製作陀螺，熟練工具與材料特性．
3. 在藝術上：台灣原住民的陀螺形式與玩法（泰雅族橄欖形陀螺、布農族鞭陀螺、鄒族紡錘陀螺、排灣雙繩陀螺、阿美族檳榔陀螺、西拉雅地牛陀螺）．
4. 進階活動：遠拋陀螺使其落在定點轉動的原理與方法（客家陀螺）．

參考資料

學習單-多多罐陀螺