平衡鳥

原始設計者：張鈞祺;張又懿

目的

用簡單的實驗與勞作，加上生活中的體驗，讓同學們了解物理中的重心、動能、位能、加速度。

原理

重心

因為平衡黏土的重心位置，已經低於支撐點的高度了，而物體會偏向重心，所以它可以”穩當當”的在我們的黏土支點上了。 就像在課堂上所提到的腳踏車一樣，因為重心在支撐點之下，所以腳踏車與黏土就可以利用小小的支點，取得一個完美的平衡。 影響：黏土平衡幾乎偏向重的那一邊，接著就會滑下來，除非將黏土插在正下方。

當重量不對稱，重心就會變成是重的那一邊，那麼也達不到將重心聚集於支撐點下方的狀態，整個黏土平衡就會變得不穩定。

活動

紙製平衡鳥

準備材料

1. 雲彩紙
2. 竹籤
3. 剪刀
4. 膠帶
5. 原子筆

製作步驟

1. 將雲彩紙對折，並且畫上圖案
2. 決定支點
3. 將竹籤貼在支點上

黏土平衡鳥

準備材料

1. 竹籤
2. 剪刀
3. 膠帶
4. 原子筆
5. 黏土

探究問題

1.生活中有什麼地方能看到能量的傳遞？

Ans:

1. 冬天手摸著金屬製品，金屬製品變得會隨著時間變得不冷(體溫傳導能量到金屬製品裡，使它的溫度升高)
2. 手機充電(能量以電的形式從插座傳遞到手機裡)

2.請舉例，生活中的平衡現象

Ans:

• 騎單車
• 翹翹板

3.為什麼平衡鳥只需要一個支點，就能好好的站著？

Ans: 因為平衡黏土的重心位置，已經低於支撐點的高度了，而物體會偏向重心，形成兩股相對的力量，互相抵銷，形成平衡，所以它可以”穩當當”的在我們的黏土支點上了。

4.請在下方的平衡鳥圖中，分別標出重心、支撐點、中心點的位置。

Ans:

平衡鳥玩具

市面上有一種玩具：一隻鳥以尖嘴頂住一根桿子的頂端，鳥竟然能夠保持水平平衡。輕輕觸碰鳥的身體時，鳥兒只是微微晃動，並不容易傾倒，實在是太神奇了。

1. 探究問題
   平衡鳥保持平衡時，受到幾種力的作用？平衡鳥的重心在那裡？使用身邊的材料，我們如何設計平衡鳥造型？平衡鳥的原理在生活中有那些應用呢？
   
2. 實作項目
   1. 材料
      長竹籤（40cm），塑膠球（直徑4cm），油粘土（20g），竹筷（20cm）
   2. 製作
      把三支長竹籤貫穿塑膠球，在同一個平面上且成輻射狀；把油粘土揉成兩顆小球，分別粘在兩支竹籤的尾端；這個裝置即稱為平衡鳥玩具。
   3. 操作
      把一塊粘土製成三角錐並粘在桌上，又把一支竹筷插在粘土上成為支架。把平衡鳥的嘴尖（無粘土的竹籤尖端）放在竹筷的頂端，使平衡鳥保持水平而不倒。
      1. 猜測：使鳥嘴變長（把第三支竹籤往前伸），鳥的身體會站起來還是倒下去？猜測後再實作並記錄。
      2. 猜測：使鳥翼變輕（把兩塊粘土的質量各減少一半），鳥的身體會站起來還是倒下去？猜測後再實作並記錄。
      3. 猜測：使鳥翼張開（把兩翼竹籤的夾角擴大）鳥的身體會站起來還是倒下去？。猜測後再實作並記錄。
3. 分析與結論
   平衡鳥在平衡時，重心在支點（鳥嘴）的下方。類似掛在竹竿上的衣架，在輕微晃動時重心會升高，但是重力力矩會使重心往原來的位置移動，而回到原來的平衡狀態，因此稱為「穩定平衡」。本探索中的實驗可以量化；例如使鳥嘴變長的操作中，把竹籤每次推動0.5cm；或使鳥翼變輕的操作中，使兩塊粘土每次都減少相同的質量，以使實驗更為精確。
   1. 鳥嘴變長時，重心會升高，鳥將倒下且平衡趨於不穩定。
   2. 鳥翼變輕時，重量減輕了且重心會升高，鳥將倒下且抵抗外力矩的能力降低。
   3. 鳥翼張開時，重心會升高，鳥將倒下且平衡趨於不穩定。
4. 教學目標
   1. 知識上：學生能認知物體在平衡時，重心愈低愈易保持平衡。重心若在支點的下方，更容易維持平衡狀態。
   2. 技能上：鼓勵學生動手做，體會定性或簡單的定量實驗、認識相關的科學現象與原理、使用簡單的工具與操作流程，引起學習動機而讓學生更喜歡科學。
   3. 情意上：使用身邊的器材與回收品，能讓學生重視環保議題與生活應用。本活動適合K~12的學生，在社區大學對各種年齡與教育程度的學員實施時也饒有趣味。親子活動中，大人與孩童可以相互觀摩或競賽，讓人際關係更和諧。
      
5. 應用
   在科學：作為重心主題之探索活動。
   在科技：衣架、天平與懸臂吊車，都是平衡鳥的應用實例。
   在藝術：紙牌、細鐡線與吸管都是很好的材料，用於設計平衡鳥很療癒，送禮自用兩相宜。
6. 參考資料
7. 學習單

http://science4everyone.net/file/%E8%95%AD%E8%81%BF%E7%A8%8B/%E5%AD%B8%E7%BF%92%E5%96%AEwk02%20%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E9%B3%A5%E7%8E%A9%E5%85%B7.pdf