氣墊上的運動

1.目的

　　日常生活中我們所看到的運動物體，如汽車、飛機、棒球等，均因空氣阻力的作用，而使它們費力的前進，所以大家無不費盡心機的設法去降低它的作用，但事實上氣體的存在對空氣中運動的物體也有許多正面的應用，例如火箭、噴射飛機、蒸氣機等，都是氣體產生的氣壓動力所帶給我們的成果。

　　從上述的正反對比可知，只要瞭解氣體的一些特性並善加利用時，我們便可將阻力變成助力，根據這一個想法便有了一組簡易又富趣味性的氣墊上運動競賽活動的設計，活動的操作中除了體驗氣壓原理的應用外，還可瞭解牛頓運動定律的內涵。

2.原理

　　物體沿另一物體之表面運動時都會受到摩擦力的作用，它的發生和接觸面的性質與垂直表面方向的接觸作用力有關，若將接觸表面拋光、抹油、墊上滾珠或形成一層氣墊、改變施力方式等均可降低其摩擦力，因此根據上述原因我們選用了圓柱形型物體，例如用塑膠管或咖啡瓶做成一個可以在筒壁上往外噴氣的圓筒裝置，如果在噴氣筒外圍包上一段半徑較大的短圓柱體時，可藉著事先對噴氣方向作過的適當設計，使噴出的氣體除可在兩者間形成減少摩擦作用的氣墊外，亦能使短圓柱體產生轉動或移動的動力，這樣構想的活動不但容易製作也很好玩，從趣味的操作中，更可進行瞭解牛頓運動定律的各種實驗。

3.活動一：滑行圓筒

(一)場地

每一組使用長3公尺、寬1公尺的平坦場地，場上放置長桌一張（長度大於120cm）；椅子一張，以便競賽者在桌面上安放競賽裝置，如圖1所示。

(二)使用材料

1.大會提供

A4影印紙1張/組

A4銅版紙1張/組

1.5〞金屬圓形紙夾2支/組

外徑1cm長度120cm之PVC塑膠管3支/組

外徑1cm長度40cm之PVC塑膠管3支/組

內徑1cm長度20cm之軟性橡膠水管3條/組

公用課桌椅組（長度大於120cm的桌子一張、椅子一張）若干組。

2.參賽者自備自備材料：

滑行圓筒用自選紙材（數量自決）薄雙面膠帶1捲

面紙1小包/組

如電子磅秤

剪刀

美工刀

礦泉水

打孔錐子

打火機

筷子

(三)競賽說明

1.操作方式

（1）參賽隊伍每位組員均需在競賽現場；使用規定材料與工具製作一組競賽用噴氣滑軌與3種紙材的滑行圓筒各一個，其中塑膠噴氣滑軌上的打孔量、密度、位置、出氣方向可自行設計，不受限制。至於滑行圓筒的造形亦可自行設計；但長度限定在5cm以上。

（2）參賽隊伍每位組員製作完成後的組合如圖2所示。圖中K端為進氣口，L為發射區起點，M為得分區終點，而N端則應使用沾濕的面紙堵死，以防漏氣，至於圓形紙夾（簡稱紙夾支架）則是作為支持滑軌並維持水平之用。

（3）參賽者每人均需使用長度40cm之PVC塑膠管與長度20cm之橡膠水管製作一組如圖3的吹氣裝置，完成後將其H端套緊於圖2之噴氣滑軌的K端，而G端則於競賽時，放入口中作為吹氣端。（不可剪裁膠管或PVC管長度）

（4）於競賽場地上放置的桌面上預先佈置畫好的計分區，其規劃如圖4所示，圖中S 為發射區，P、A、B、C、D、E則為得分區。

（5）競賽時，各組組員拿著自己的競賽用滑軌裝置，並將三種滑行圓筒稱重記錄為V後放置於指定位置，在等候區內聽候裁判之指揮再輪番上場。上場時，先領取自己的第一個滑行圓筒套入滑軌中，然後在繪有計分區的桌面上，先將接妥噴氣裝置之噴氣滑軌兩端的支架自行調整於方便操作之適當位置，再把它架設於競賽桌面上的計分區內，架設時應注意使軌道呈水平狀態，最後才將滑行圓筒移至發射區內，上述程序準備完成後，即可向裁判出聲高喊「完成發射預備」之口號，接著等待裁判喊出「發射」之口令後，才可用噴氣裝置將滑行圓筒吹送向前滑出。於第一棒操作完成後，依序站在S區外之第二棒、第三棒緊接以相同方式接力進行。本項接力操作共計循環三次，每位組員依序將自製的三個滑行圓筒滑出，作為競賽成績。

2.計分方式

（1）競賽時，以滑行圓筒之前端或後端一口吹氣滑行停止所抵達之位置，依下述評審標準，作為每次之得分依據。

（2）各計分區之分數依表1所列，評審評定標準如下：

①除E區以外，均以滑行圓筒尾端抵達所在區域，作為該次得分記錄。

②滑行圓筒尾端抵達位置壓線或難以區分界區時，以較高分數計算。

③競賽者未使用規定裝置或借用他人裝置時，視同違規，成績以0分計算。

④開始發射時若滑行圓筒超越發射區界，視同違規，成績以0分計算。

⑤滑行圓筒停止後，再吹氣前進時，視同違規，成績以0分計算。（意指只要停留，就不能再吹氣）

⑥滑行圓筒前端一旦超越E區界線以外，一律以E區計分。發射裝置必須以紙夾為支架，不得用手或其他方法作為支撐，故違者，該次以零分記入。競賽中若有滑軌前傾現象，該次成績以0分記入。

（3）每組競賽之總時間共計4分鐘，逾時部分不列入計分。

（4）每位隊員均需上場參賽，不得頂替，違規者成績以0分計算。表1區號PABCDE違規分數136122448015cmSPBCDE0cm75cm35cm圖415cm55cm105cm25cm發射區計分區ALM

（5）得分記錄如表2，其中R11、R12、R13；R21、R22、R23；R31、R32、R33分別代表三位隊員各次得分點數；V1、V2、V3代表三個滑行圓筒之總重量。若取U1=（R11＋R12＋R13）；U2=（R21＋R22＋R23）；U3=（R31＋R32＋R33），則最後全隊在活動一所得總分T1=U1V1+ U2 V2+U3V3。

（6）將各隊活動一所得總分T1按高低順序排列後，依六等第計分法（見表4）計分，得活動一之成績X。