乘龍翔雲 -天空之城-

原始設計者：吳原旭;蘇泰龍

活動目標

以保麗龍球、珍珠板、吸管等材料製作「天空之城」，以自製集氣導流罩(以下簡稱集氣罩)將電扇氣流集中並引導，使天空之城懸浮、旋轉、翻轉。並從操作中體會流體及旋轉體一些有趣的物理現象。 (註：天空之城包含「旋轉的城堡」與「翻轉的城堡」兩種

原理

利用白努力原理使球形物體能飄浮於上升的氣流中，經由葉片與氣流的交互作用使天空之城旋轉。又，利用力矩能使旋轉體產生進動的原理(附錄一)，使天空之城翻轉。

場地及裝置

1. 將箱型扇控制風向的旋轉葉片拆除，水平放置，架高並固定，上緣離地至少 50公分。風扇一律使用最強風速。
2. 參賽者自行將集氣罩放在電扇上方，並以膠帶黏貼於箱型扇四邊，並於競賽後迅速取下。各隊自行準備黏貼之膠帶及剪刀等。

活動一 旋轉的城堡

製作

1. 以兩個大保麗龍球及細吸管等大會所發材料製作兩個旋轉的城堡。各隊製作的旋轉城堡必須包含基本型結構才准於參賽。
2. 基本型結構如右圖所示，以大保麗龍為主體，在赤道上(球的某一個最大圓周上)插四支吸管，且每一支吸管末端固定一片 5 公分的正方形珍珠板，四支細吸管應盡量在同一平面上，並將其中三片珍珠板有顏色的面朝上，而第四片則以白色的面朝上做為計算轉數之指標。
3. 各隊可加裝黏土以調整重量，加裝葉片以增強旋轉效果，增加細吸管以提高競賽成績。其中細吸管的數量及安裝位置做為評分之依據。
4. 增加的細吸管，基部必須在赤道上方 1 公分以上位置，可直接固定在大保麗龍球上(加權數 n=1)，或延長(二段加權數 n=4，三段加權數 n=9)，如右圖所示。最多延長為三段。
5. 固定在大保麗龍球上之細吸管必須為「徑向」(延長線通過球心)，延長的吸管必須盡量與原吸管同一直線。若明顯不符合以上規定經裁判判違規者，必須於規定時間內改進後才能參賽。
6. 以上各材料之結合方式可採用保麗龍膠、膠帶等黏著劑或以鑲嵌方式結合。吸管與吸管，吸管與球結合處重疊部分不得超過 4 公分，否則該作品不得參賽。
7. 所有吸管不得剪裁或摺彎，否則該作品不得參賽。唯兩支吸管接合處可縱向剪開或摺合以利於銜接，且仍受上述重疊處不超過 4 公分之限制。
8. 有關材料之規定請參照(表一)說明，不得使用器材表列以外的材料，否n=11n=9n=4赤道則以零分計。

競賽辦法

1. 安裝、第一次調整測試、檢查規格：各隊於 90 秒內將自製的集氣罩以膠帶固定在箱型扇上面，並可打開電源測試、調整兩具旋轉的城堡。裁判在此時間內檢查規格，不符合規定者必須於此段時間內改進，否則該作品不得參賽。
2. 第一具旋轉的城堡第一次評審：將第一具城堡放在集器罩上方，打開電源後，0~10 秒可以手輕輕扶持使城堡在風力作用下旋轉(不得以手施力矩旋轉)，10 秒末放手。10~30秒為計分時間，記錄此時間內白色珍珠板通過一指定位置(評審事先指定)之次數 M1。30 秒末關閉電源，記錄所有吸管加權數總和 N1。其中基本型之四支吸管每一支加權數以 4 計。
3. 第二具旋轉的城堡第一次評審：改放第二具旋轉的城堡，重複以上辦法 2，紀錄 M2、N2。
4. 第二次調整測試、檢查規格：各隊於 60 秒內測試、調整兩具旋轉的城堡 (可增減吸管數)。裁判在此時間內檢查規格，不符合規定者必須於此段時間內改進，否則該作品不得參賽。此時間內仍可調整集氣罩。
5. 第一具旋轉的城堡第二次評審。同上 2 步驟，紀錄 M3、N3。
6. 第二具旋轉的城堡第二次評審。同上 2 步驟，紀錄 M4、N4。
7. 同一場地繼續進行活動二評審。

評分方式

1. 參賽作品必須包含基本型，再增加吸管等裝置，否則以零分計。
2. 活動一之競賽成績為：M₁×N₁+M₂×N₂+ M₃×N₃+M₄×N₄
3. 各隊依照成績多寡排序，再依照六等第計分法給分即為活動一得分。

注意事項

1. 以時間控制賽程，裁判點名上場便開始計時，不得藉故拖延時間，若耽擱時間則從計分時間中扣除，影響成績自行負責。
2. 計分時間內不得碰觸或以任何方式干擾旋轉的城堡及集氣罩，否則該次以零分計。
3. 全部參賽過程，同隊成員自行協調合作，不限定參賽人員工作分配。
4. 若評審中吸管等裝置掉落，仍可繼續比賽，不需中斷賽程，等該次比完之後再檢拾掉落物品，吸管加權數則以最後未掉落的吸管計算。但如果保麗龍球掉落地面或扇葉上，或集氣罩鬆脫掀開，則關掉電源，停止計算圈數，該回合以當時已計算的圈數 N 和未掉落的吸管加權數 M 來計分。若基本型結構之方形珍珠板掉落，則該支吸管的加權數以 0 計。
5. 評審中若旋轉的城堡與集氣罩開口周邊碰觸仍可繼續比賽，但不得於集氣罩中設計一特定部分以撐住旋轉的城堡重量，形成轉動中心，違者活動一以零分計。

活動二 翻轉的城堡

製作

1. 以兩個大保麗龍球及細吸管製作兩個翻轉的城堡。翻轉的城堡基本型如右圖所示。
2. 可加裝以粗吸管製成之葉片以增強旋轉效果(參考做法如附錄二)，可將自備的小保麗龍球或其他輕質物品固定在細吸管上以調整翻轉效果，可延長或剪短細吸管長度，以得到較佳的成績。若能順利翻轉則細吸管愈長成績愈高。
3. 各隊可製作多支不同長度的細吸管，或以套接方式以便於測試中迅速更換以獲取最佳成績。
4. 以上各材料之結合方式可採用保麗龍膠、膠帶等黏著劑或以鑲嵌方式結合。
5. 所有細吸管不得摺彎，可剪短、可延長，但是不得縱向剪裁。延長的吸管必須盡量與原吸管同一直線。若明顯不符合以上規定經裁判判違規者，必須於規定時

間內改進後才能參賽。唯兩支吸管接合處可作縱向的摺合、剪裁以利於塞進另一支吸管中。

1. 將大保麗龍球置於集氣罩出風口處必須能懸空飄浮，且在風力作用下將細吸管擱置於出風口邊緣時，細吸管的指向必須在水平面以下超過 10度才准予參賽，如圖所示。(裁判檢查時可以手指於吸管接觸集器罩邊緣處輕壓以便於檢查)
2. 有關材料之規定請參照(表一)說明，不得使用器材表列以外的材料，否則以零分計。

競賽辦法

1. 安裝、第一次調整測試、檢查規格：各隊可繼續使用活動一所安裝之集氣罩，或於 90 秒內局部調整或更換另一套集氣罩。此時間內可調整、測試兩具翻轉的城堡。裁判檢查規格，不符合規定者於此時間內改進，否則該作品不得參賽。
2. 第一具翻轉的城堡第一次評審：打開電源，將第一具翻轉的城堡放在出風口上，輕輕抓住細吸管，使其躺下並接觸集氣罩的出風口邊緣(此時大保麗龍球仍維持飄浮狀態但未轉動，且細吸管指向必須向下與水平面夾角超過 10 度)。聞口令後放手，並於手離開時開始計時 30 秒。
3. 0~3 秒鐘細吸管指向必須仍在水平面以下，若於 3 秒內就轉向上超過水平面則停止比賽，本次成績為 0。如果超過 3 秒才翻轉向上則依照以下方式記錄加權數：3~30 秒之期間內，曾持續向上 15 秒鐘，加權數 X1=5，曾持續向上時間超過 10 秒鐘，但不到 15 秒鐘，加權數 X1=4，曾持續向上時間超過5 秒鐘，但不到 10 秒鐘，加權數 X1=1。只選取一次最高成績。
4. 先取出城堡再關閉電源，交給評審測量細吸管突出大保麗龍球球面外之長度，記錄為 Y₁。