旋風神龍
目的
在炎熱的天氣裡,以資源再利用的方式,自行設計製作一部環保電扇,涼爽又不費能源。讓學生在設計及調整風扇的過程中,體會輪軸大小與轉速之間的關係,以及風扇扇面設計與風量的關係。
原理
- 扇葉曲面
- 輪軸原理
- 機械效率
- 摩擦力
競賽方式
- 活動一:單片風扇
- 使用材料
- 大會提供:免洗竹筷 40 支和橡皮筋 50 條(每隊製作兩個支架分別使用於活動一、二)、測風裝置及粗鐵絲(由大會佈置於競賽場地)
- 自備器材:單片風扇(事先製作一個)、轉動軸(事先製作一個,含活動二共需製作二個)、傳動帶、墊片、吸管、膠帶
- 競賽說明
- 由大會所發之免洗竹筷、橡皮筋於製作時間內製作一部支架(含活動二共需製作兩個支架),並裝上單片風扇及轉動軸、傳動帶。
- 若需要減少支架與軸心之間摩擦,限於現場製作時使用墊圈、吸管、膠帶三種自備材料,不可使用其他物品。
- 點到隊名後有 10 秒鐘準備時間,將單片風車置於桌面上中央界線之後,競賽中整部風車的最前緣不得越界,否則該次得點不計(以評審現場判定為準)但可繼續比賽。
- 自行放置粗鐵絲於測風裝置的掛勾上。
- 依照抽籤順序之第一位隊員操作,以手轉動轉動軸,經由傳動帶帶動風扇產生風,吹向測風板使其偏離達指定的角度 10°就算成功。
- 在競賽時間90秒之內可改變測風板掛勾上的粗鐵絲數量以挑戰更好的成績。不限次數,但以最佳的二次成績列入評比。調整粗鐵絲數量需自行調整,並不得推動使其擺動。
- 競賽中支架需放置於桌面上。若需要增加支架之穩定,最多只能以操作者一隻手抓住支架上的一支免洗筷,不得以其他方式固定支架。
- 要特別注意每一組件之固定以免發生危險,競賽中若光碟片脫離而飛出,則該項活動不得繼續比賽,該隊活動一所得點數以 0 點計。
- 90 秒後換第二位隊員操作,規則同上。
- 取得材料(筷子與橡皮筋)後,要檢查是否有明顯易斷者,10 分鐘之內可要求更換。製作時不得破壞(剪、切、削、磨等)。所有賽程結束後統一發還風扇,由各隊拆解清點後將竹筷繳還,以便回收再用。
- 得點標準:測風板懸線偏離 10°就算成功,紀錄掛勾上的鐵絲數量再加 2即為該次得點。每隊二人各取兩次最佳之成績加總即為活動一的得點 N1。
- 使用材料
- 活動二:複片風扇
- 使用材料
- 大會提供:同活動一說明
- 自備器材:複片風扇(事先製作一個)、轉動軸(事先製作一個,含活動一共需製作二個)、傳動帶、墊片、吸管、膠帶
- 競賽說明
- 以大會所發之免洗竹筷、橡皮筋於製作時間內製作一部支架(含活動一共需製作兩個支架),並裝上複片風扇及轉動軸、傳動帶?
- 若需要減少支架與軸心之間摩擦,限於現場製作時使用墊圈、吸管、膠帶三種自備材料,不可使用其他物品。
- 點到隊名後有 10 秒鐘準備時間,將單片風車置於桌面上中央界線之後,競賽中整部風車的最前緣不得越界,否則該次得點不計(以評審現場判定為準)但可繼續比賽。
- 自行放置粗鐵絲於測風裝置的掛勾上。
- 依照抽籤順序之第三位隊員操作,以手轉動轉動軸,經由傳動帶帶動風扇產生風,吹向測風板使懸線偏離達指定的角度 10°(或超越)持續 3 秒鐘就算成功。
- 在競賽時間90秒之內可改變測風板掛勾上的粗鐵絲數量以挑戰更好的成績。不限次數,但以最佳的二次成績列入評比。調整粗鐵絲數量需自行調整,並不得推動使其擺動。
- 競賽中支架需放置於桌面上。若需要增加支架之穩定,最多只能以操作者一隻手抓住支架上的一支免洗筷,不得以其他方式固定支架。
- 要特別注意每一組件之固定以免發生危險,競賽中若有光碟片脫離或飛出,則該項活動不得繼續比賽,該隊活動二所得點數以 0點計。
- 90 秒後換第四位隊員操作,規則同上。
- 取得材料(筷子與橡皮筋)後,要檢查是否有明顯易斷者,10 分鐘之內可要求更換。製作時不得破壞(剪、切、削、磨等)。所有賽程結束後統一發還風扇,由各隊拆解清點後將竹筷繳還,以便回收再用。
- 得點標準:測風板懸線偏離 10°(或超越)持續 3 秒鐘就算成功,紀錄掛勾上的鐵絲數量再加 2 即為該次得點。每隊二人各取兩次最佳之成績加總即為活動二的得點 N2。
- 使用材料
- 活動三:創意競賽自製一部環保風扇或風車,要自行設計,可以用任何的方式展現其風力、裝飾效果或其他妙用。
- 使用材料扇面限以廢棄光碟片加工製成,其餘組件材料盡量以回收再利用或生活中常見物品為佳。環保風扇可使用電池為電源或其他易取得之動力,但不得使用 110V(含以上)插座電源。風車則可用一般風扇(大會將提供一部一般型風扇備用),以展現作品效果。不限作品尺寸及材料數量。
- 安全規定:快速旋轉之組件須結合牢靠不得鬆脫,避免有尖銳之造型且邊緣須有防護設計(例如:以膠帶包覆、磨圓、加裝防護罩等),若光碟片已經有明顯裂痕請勿擅自啟動,須經評審檢查過並安全無虞之後才可操作評比。
- 競賽說明:
- 必須繳交設計說明書,內容 200 字至 1000 字否則視同無效,可說明設計理念、原理應用、材料運用之巧思、期望呈現的理想效果、實際上能達到的效果等。
- 評分方式:由以下評分要點中,分別給 1~5 分。加總後選拔最高分之數隊頒發最佳創意獎。
- 說明書敘述之貼切性。
- 能巧妙的運用回收資源使其發揮再利用之價值。
- 能應用科學原理使作品達到較好的效果。
- 結構堅固運轉穩定。
- 整體造型美觀具藝術感。
- 能利用簡單的材料巧妙的減少軸心與支架之間的摩擦阻力。
- 能產生持續快速的轉動效果。
- 其他獨到之巧思。
使用材料
大會提供 名稱 數量 說明 備註 免洗竹筷 每隊 40 支 現場製作支架用。 不得破壞(剪、切、削、磨等),賽後繳 回,重覆使用。 活動一二使 用,共製作兩 部支架 橡皮筋 每隊 50 條 現場製作支架用。未用完者請繳回 活動一二使 用,共製作兩 部支架 粗鐵絲 不限數量 長度約 25 公分,重覆使用。每 10 支 或 5 支捆成 1 紮,另備有一些零散的。 活動一二競賽 共用 測風裝置 每站 1 具 以細木條、珍珠板製成,其懸掛軸高 度約位於桌面上方 80~100cm 處。珍珠 板中心離桌面 25cm,受風時可擺動, 細木條上固定數組掛勾可放置粗鐵 絲,詳見圖示。 活動一二競賽 共用
自 備 名稱 數量 說明 備註 單片風扇 每隊 1 具 事先製作,限以一片廢 CD 光碟製成扇 面並固定於軸心上。光碟片可剪、切、 (加熱)彎曲變形等加工,最外緣不得有 尖銳角度(任何部分曲率半徑不得小於 0.5cm)並避免光碟片邊緣鋒利造成割 傷。 軸心材料限取自市售各類型筆桿、水 管、瓶子、蓋子、吸管或竹筷加工自 製。扇面與軸心結合方式不限,但必 須固定。 除了軸心與扇葉之連結需要之外,不 得在扇葉上增加任何物品。 活動一使用 複片風扇 每隊 1 具 同上,但不限定使用之 CD 光碟片數量 活動二使用 轉動軸 每隊 2 具 事先製作,限以市售圓柱狀廢棄容器 (如底片盒、鐵鋁罐、塑膠瓶、紙筒等) 加工製成並固定於軸上。 軸心材料限取自市售各類型筆桿、水 管、吸管或竹筷加工自製。尺寸不拘, 可以製作曲柄方便轉動,結合方式不 限。 活動一二各使 用一具 傳動帶 不限 橡皮筋、棉線等材質不拘 活動一二使用 墊片、吸管、膠 帶 不限 用於減少軸與支架之間的摩擦力 活動一二使用 五、 時間:共 70 分鐘 製作時間:各隊 30 分鐘。 競賽時間:18 隊,共 40 分鐘。 六、 評分方法 1. 活動一:測風板懸線偏離 10°就算成功,紀錄掛勾上的鐵絲數量再加 2 即 為該次得點。每隊二人各取兩次最佳之成績加總即為活動一得點 N1。 2. 活動二:測風板懸線持續偏離(或超越) 10° 三秒鐘就算成功,紀錄掛勾上 的鐵絲數量再加 2 即為該次得點。每隊二人各取兩次最佳之成績加總即為 活動二的得點 N2。
3. 「旋風神龍」單項得點= 2×N1+ N2。排序後再依照六等第計分法,決定各 隊於本項競賽最後得分成績。 4. 單項競賽優勝獎,僅取一隊。依六等第計分排名順序為第一名者獲獎,如 有同分,則以活動二成績高者為優勝。 5. 活動三:得點最高者,獲頒創意獎。此項評分獨立計算,不列入大會總成 績。 七、 其他 (一)裝置與場地 2 中央界線 5cm 30cm 40cm 15cm (二)場地佈置說明 長 60 公分;寬 40 公分(一般課桌即可)或以上之桌面,風扇(含支架各部分)最前 端不得超過離桌緣 30 公分之中央界線(後緣或左右出界不違規),珍珠板自然下垂時 板面距離中央界線 15 公分。周圍
(三)安全檢查 每隊於報到時或製作期間依照大會安排檢查風扇及轉動軸之安全性,若有安全之 虞則必須自行於競賽前改善,否則該項目請勿參賽。尤其注意光碟片是否有明顯危險 之裂痕、尖角或鋒利邊緣。 (四)給評審的建議 1. 場地與測風裝置: (1) 競賽於無風室內平整桌面上進行。若桌子尺寸大於 60cm×40cm 也可以, 但須將界線及相對位置距離測量正確並表示清楚即可。 (2) 競賽場地周圍適當距離處管制,只有參賽者及裁判進入以免其餘人員干擾。 (3) 測風裝置:如下圖所示。以兩支細木條懸掛一片橫放的 A4 珍珠板,木條下 端與珍珠板黏貼緊(可使用雙面膠或膠帶),木條下端可各旋上數組金屬掛勾 用來放置粗鐵絲。木條上端須先固定一段 10 公分以上長度之吸管(可使用 固定於吸管上 粗鐵絲穿過吸管 細 木 條 與 珍 珠 板 貼 兩 緊 面 旋 上 掛 勾
膠帶固定),再將吸管穿入粗直鐵絲,將鐵絲兩端固定在適當高度之支架 上。各站之測風裝置需一致以求公平。 (4) 為方便判斷偏離角度,可在桌面上適當位置固定一小段柔軟有彈性的細彈 簧,或以雷射光標定,來判斷測風板擺動的角度是否抵達標準。 (5) 評審最好戴上眼鏡或安全護目鏡,以防風扇組件鬆脫射出。 (五)評審任務方面 1. 建議設置 6 站,每一站 1 名裁判,除了計時並紀錄成功的得點數之外,還須注意 以下事項: (1) 製作支架所用之免洗筷、橡皮筋必須為大會所提供,其他自備器材須符合 規定。 (2) 整部風扇(含各部分)之前緣是否越界,隨時提醒改進(後緣或左右出界不違 規,可繼續比賽),越界時所得的點數不計。 (3) 只能以一隻手抓住支架上的一支免洗筷以協助穩定,不得以其他方式固定 支架於桌上(操作者自行穩定支架,旁人不得協助)。 2. 可安排於報到時或製作時檢查自備器材是否合規定,並作安全檢查,不合規定者
告知改善,否則不得參賽。組裝完畢之後最好再確認一次。 3. 安排統一計時人員可分攤各站裁判之工作,且能有效掌握其進度。