一起來搭橋

出自 全民科學平台
於 2022年7月6日 (三) 02:59 由 劉恩佑 (對話 | 貢獻) 所做的修訂
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原始設計者：張朝昇

簡介：

當拱橋承受物體重力時，會因為拱橋的梯形結構，分成水平力和垂直力。垂直力的部分由地面給予的正向力達到平衡；水平力的部分由左右兩邊的石塊作支撐而達到平衡，使得拱橋不致於晃動或倒塌。


設計：張朝昇/新北市三民高中物理科

活動說明

一、目的

本競賽分成 2 個活動，2 個活動都是要利用一張 8 開卡紙去搭成 1 座橋，再依橋的長度、高度以及承重來計分。活動一是要模仿古羅馬的拱形石橋，活動二則是可以自由創作。


二、原理

當拱橋承受物體重力時，會因為拱橋的梯形結構，分成水平力和垂直力。垂直力的部分由地面給予的正向力達到平衡，水平力的部分由左右兩邊的石塊作支撐而達到平衡，使得拱橋不致於晃動或倒塌。本競賽不能使用任何黏著劑，參賽者除了要計算出適當的梯形大小之外，也要思考摩擦力的影響，使得拱橋在不倒塌的的狀況下，承受最多的重量。


活動一：紙拱橋

(一)目的

模仿古羅馬的石形拱橋來製作紙橋，紙橋的主要結構必須要由多邊形環狀紙圈組成。

(二)使用材料

  1. 大會提供：8 開卡紙 1 組 1 張。
  2. 自備：美工刀、剪刀、切割墊、尺…等任何能幫助製作的工具，以及測重用的重物，但嚴禁攜帶和使用任何有黏性的物品(ex.膠水、雙面膠…等)

(三)競賽說明

  1. 參賽者在時限內完成紙拱橋的製作，製作時間為 1 個小時。
  2. 中途若有製作失敗，可再跟大會索取 8 開卡紙，但必須將原本的卡紙全部繳回，且額外索取以 2 次為限。(活動一、二合計)
  3. 製作時間結束後參賽者就不能使用任何工具，且要將成品移至計分區。計分時間為 5分鐘，在時限內可不限次數微調並計分，但計分時間一到，則不可再碰觸成品。
  4. 嚴禁使用任何液體和任何有黏性的物品。

(四)計分說明

  1. 計分用工具：和製作材料相同的 8 開卡紙、1 號電池 2 顆、培養皿、磅秤、尺、健保卡大小的卡片數張。
  2. 將紙拱橋搭建在大會提供的桌面上(材質為 8 開卡紙)，在 2 側放上阻擋用的 1 號電池，放上計分用的重物後，在平衡且穩定的狀態下測量紙拱橋的長(公分)、高(公分)，然後再將重物取下秤重(公克)，並用以下公式計算得分：
    得分 = ( 長 + 承重/10 ) × 高
  3. 測量說明：
    1. 承重測量：參賽者自行將培養皿(計入承重)放在橋上方的正中央處，並將重物放在培養皿裡，在橋平衡且穩定的狀態下先測量長度和高度，測量完畢後參賽者再將培養皿取下放在磅秤上，計到 0.1 公克。
    2. 長度測量：評分者測量橋內部底部之距離，計到 0.1 公分。
    3. 高度測量：評分者測量卡片(長度約 8.5cm)所能頂到的最大高度(見圖)，計到0.1 公分。
    4. 活動一和活動二的分數相加，即為總分。

活動二：自由搭橋

(一)目的

使用大會提供的卡紙自由製作紙橋，結構不限。

(二)使用材料

  1. 大會提供：8 開卡紙 1 組 1 張。
  2. 自備：美工刀、剪刀、切割墊、尺…等任何能幫助製作的工具，以及測重用的重物，但嚴禁攜帶和使用任何有黏性的物品(ex.膠水、雙面膠…等)

(三)競賽說明

  1. 參賽者在時限內完成紙橋的製作，製作時間為 30 分鐘。
  2. 中途若有製作失敗，可再跟大會索取 8 開卡紙，但必須將原本的卡紙全部繳回，且額外索取以 2 次為限。(活動一、二合計)
  3. 製作時間結束後參賽者就不能使用任何工具，且要將成品移至計分區。計分時間為 5分鐘，在時限內可不限次數微調並計分，但計分時間一到，則不可再碰觸成品。
  4. 嚴禁使用任何液體和任何有黏性的物品。

(四)計分和場地說明

  1. 計分方式皆與活動一相同。
  2. 活動一和活動二的分數相加，即為總分。

五、給評分者的建議

  1. 製作時間可依報名狀況讓全部的參賽者一起製作，或分批製作。
  2. 計分區可依場地狀況佈置 3~5 組，多組同時計分可讓比賽氣氛更刺激。
  3. 測承重的步驟，要注意參賽者是否把重物放在橋上的正中間，評分者在參賽者取下重物放到磅秤上後，再紀錄讀數即可，整個過程讓參賽者自行操作即可。

六、材料總表

品名規格數量來源備註
卡紙8 開約 39.3cm × 27.2cm、450 磅卡紙 1 張重量約57~60 公克、灰色粗糙無白色亮面大會提供每一個計分區使用 1 張。參賽者每組 1張，可再索取2 張。
1 號電池2 顆大會提供每一個計分區使用 2 個
磅秤最大秤重 3000 克最小測量刻度 0.1 克1 台大會提供每一個計分區使用 1 台
培養皿約 8~10 克1 個大會提供每一個計分區使用 1 個
尺30cm1 支大會提供每一個計分區使用 1 支(至少準備 1 支 45cm的尺備用)
卡片和健保卡相同大小大會提供儘量多收集，每一個計分區至少要 10 張
製作工具(剪刀、美工刀、尺、切割墊…等)參賽者自備
測量用的的重物參賽者自備

七、參考資料

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