竹蜻蜓

原作者：謝迺岳
關鍵詞：轉動，重心，童玩
同義詞：螺旋漿，直升機
把一支竹棍插入一片螺旋槳中，用手一搓就直衝天際；是許多孩童的甜美回憶，也是許多工程師的必修課題。在世界各民族的傳統文化中都有竹蜻蜓，製作竹蜻蜓的方法很簡單，可以作為兒童工藝的啟蒙，也能促進親子與同儕的關係；做為科學實驗教學，更是入手容易與深層探究的好主題。

探究問題

使竹蜻蜓飛升的原理是什麼？竹蜻蜓的最佳化是什麼比例？除了用手搓動，還可以有什麼驅動方法？生活中有那些材料適合製作竹蜻蜓？竹蜻蜓有那些應用實例？

實作項目

1. 材料
   細吸管（18cm），細編織帶（22cm）
2. 製作
   將編織帶對折後插入細吸管中。將兩側編織帶往吸管上壓平，但與吸管夾角30度，然後擡平與吸管垂直，就成為現代版的竹蜻蜓了。
3. 操作
   用雙手夾住竹蜻蜓的桿子（細吸管），垂直臉部並靠近鼻子，搓動雙手感受風向，確認如何搓手能使竹蜻蜓飛高。把竹蜻蜓桿子垂直地面，單純搓手而不拋起，觀察竹蜻蜓能飛多高且飛多久。
   1. 猜測：在製作竹蜻蜓時，如果兩側槳葉（編織帶）與桿子（細吸管）的夾角改變，則竹蜻蜓是否能飛得更高或更久？
   2. 猜測：只把竹蜻蜓的桿子剪短，則竹蜻蜓是否能飛得更高或更久？
   3. 猜測：只把竹蜻蜓的槳葉剪短，則竹蜻蜓是否能飛得更高或更久？
      

結果與討論

槳葉轉動時，由於攻角（槳葉與運動方向的夾角）的存在，造成空氣被往下推動，轉而使竹蜻蜓上升。本實驗設計的竹蜻蜓很輕，因此些微的改變都可以造成顯著的影響。槳葉與桿子的長度相同，以及兩者的重量相近，已達成了最佳化的效果。

1. 結果：攻角愈大，推動空氣的能力愈強，但受到的風阻也愈大，因此竹蜻蜓飛得較高但不持久。
2. 結果：桿子愈短，則重心愈高；使竹蜻蜓不穩定，飛得不高也不久。
3. 結果：槳葉愈短，則推力不強且阻力不大；使竹蜻蜓飛得不高但可轉得久。
   

教學目標

適用於各種年齡層及教育程度，用於親子活動更佳。

1. 知識上：認識牛頓第三運動定律，以及攻角等名詞。
2. 技能上：能夠製作簡易竹蜻蜓，並能操縱變因。
3. 情意上：喜歡童玩，認同自己的文化，並願意與他人友情競賽。

應用

1. 在科學上：牛頓第三運動定律、運動物體的重量配置。
2. 在科技上：電風扇、直升機與飛機。
3. 在藝術上：節慶時設計各種造型的竹蜻蜓，製作超大或超小型的竹蜻蜓。
4. 進階活動：用樸克牌製作拉線竹蜻蜓，並進行竹蜻蜓射遠或射準的比賽。

參考資料

學習單-竹蜻蜓