光碟車

原作者：謝迺岳
關鍵詞：機械能，力矩，童玩
同義詞：線軸車
從前家家戶戶都有縫紉機，媽媽們用完的木製線軸很多，丟棄了可惜。爺爺就用線軸做了一輛小車，拖了一根小棍子在地上跑不停，小朋友們追著小車跳躍，歡樂了一整天。

探究問題

線軸車的驅動原理是什麼？在線軸車內部的橡皮圈是不是愈多愈好？線軸車上的小棍子是不是愈長愈好？使用光碟片製作線軸車，兩個輪子的間距是不是愈開愈好？用更多光碟片（更重）會不會跑得愈遠？

實作項目

1. 材料
   光碟片，橡皮圈，注射針筒（10mL），吸管，點火槍，剪刀，細鐡線，竹筷
   
2. 製作
   用點火槍把光碟片中央的洞烤軟，然後讓注射針筒穿過洞並卡緊在光碟片上。把注射針筒的尖端剪斷並把孔挖大；接著把一支吸管剪成長度1:3的兩段，將兩條橡皮圈綁在短吸管上，藉細鐡線穿過針筒的洞，在針筒另一端再把橡皮圈綁在長的吸管上。用一手握住光碟片，另一手旋轉吸管30圈後，把光碟車放在地面就能跑很遠。
   
3. 操作
   兩張光碟片必須卡緊在針筒上，光碟片保持平行且間隔1cm以上。如果短吸管有打滑的現象，就用一片泡棉膠把吸管貼在光碟片上。
   
   1. 猜測：用竹筷代替吸管，是否竹筷愈重能使光碟車走得愈遠？先猜想再實作。
      
   2. 猜測：用數支吸管相接，是否吸管愈長能使光碟車走得愈遠？先猜想再實作。
      
   3. 猜測：增加光碟片，是否光碟片愈多能使光碟車走得愈遠？先猜想再實作。
      

結果與討論

本實驗使用兩條橡皮圈且固定旋轉30圈，是一種最佳化的設定。若使用較多條橡皮圈或旋轉更多圈以貯存彈力位能，光碟車就會暴衝或原地轉圈，因此效果不見得更好。本實驗主要探討在固定彈力位能時，光碟車的結構如何影響行車的距離。

1. 結果：光碟車的桿子接觸地面，使桿子不能轉動；在彈力釋放時，光碟片即轉動而使車子前進。但是桿子愈重，壓迫地面的力量愈強，造成摩擦力增加，使車子轉彎（以桿子接觸地面的點為軸心）而不能走遠。
2. 結果：吸管愈長，桿子壓迫地面的力量減弱，使車子行進的曲率半徑增加，也就是車子能走遠。
3. 結果：由於車子移動是利用最大靜摩擦力，因此車子增重（增加光碟片數目）不會使車子走不動。反之，車子變重使橫向的摩擦力增加，使車子不易偏向，而可以行走很遠。

教學目標

各年齡及教育程度皆適用。

1. 知識上：認識力矩與角動量守恆，發現廢棄光碟的用途。
2. 技能上：能用身邊的材料製作玩具，能發現變因並做實驗。
3. 情意上：珍惜物資與能量，愛惜環境，喜歡老人家的智慧。

應用

1. 在科學上：力矩，轉動的力學，功能原理的教學。
2. 在科技上：能量轉換，機械原理。
3. 在藝術上：精緻化，平衡與穩固。
4. 進階活動：探究兩張光碟片輪子的間隔大小，對光碟車運動的影響。