神龍戲水

在桃花村裡住著一對老夫婦，他們膝下無子，就常常到廟裡求菩薩保佑，希望能賜給他們一子半女。某一天，夫婦倆從廟裡回家途中,因為很渴就在路旁的井裡舀水喝。 沒想到古井裡居然有一個大桃子，夫婦倆驚奇下就把桃子撈起來。桃子忽然冒出一陣輕煙，然後蹦出兩個小娃兒…

目的

應用重心與支點的概念，設計並製作兩種神龍娃娃。藉由簡單的器材、最少的經費，用分組競賽的方式動手玩科學，以達到科學普及的目的。

原理

1. 物體可視為由許多質點構成，物體的重量是這些質點所受重力之和。若物體各部份所受重力對某一點的力矩總和為零，則此點稱為該物體的重心。由此定義，我們可用力矩的平衡來求任一物體的重心位置。
2. 搖頭娃娃，主要是利用穩定平衡的概念。底面積很大或重心低於支點的物體受到擾動後，雖然會傾斜偏移，但是在外力去除後，能回復到原來的平衡位置。
3. 翻身娃娃，主要是利用不穩定平衡的概念。當物體的重心高於支點時，再受到些微的擾動使重心偏移支點的上方後，就會產生力矩而使物體傾斜而旋轉，轉的角度愈快大，力矩愈大，終於使物體達成新的平衡。

競賽方式

活動一：搖頭娃娃

使用材料

• 大會提供：軟片筒 1 個、大迴紋針 2 支、可彎吸管 3 支。
• 自備器材：黏土、工具、支架（請預先做好）、600ml 保特瓶 2 瓶、水盆 1 個、小桌子 1張。
• 公用器材：水桶、量筒、量尺、漏斗一個。

製作說明

1. 利用一個軟片筒、1 或 2 支迴紋針及少量黏土自行設計製作一個搖頭娃娃。但要遵守規定，在軟片筒上最多只能打五個洞（不允許切割軟片筒），而每個洞的直徑不得超過 0.2cm。
2. 將自備的支架置於地面上的水盆內或跨於盆外。將搖頭娃娃放在支架上，搖頭娃娃可隨意取下及置放。
3. 集水杯置於盆內，杯緣離水柱落地點至少 3cm 遠。集水杯可用任何方式固定於盆底。
4. 需將保特瓶置放在小桌子上，打開保特瓶蓋，釋放瓶內的水（不可擠壓瓶身），使水由瓶下的吸管流出，往搖頭娃娃的軟片筒內注水，筒內水位升高後，筒身會傾斜將水倒入集水杯內 (水儘量不要灑出水盆外)。計時開始前可先調整下落水量大小及方向並加滿瓶水，計時開始後不可再調整。
5. 附圖為範例，各隊搖頭娃娃製法不必一致，但均須利用盛水、倒水方式將保特瓶所放的水傾入集水杯內,並且整個裝置需以利用重心概念設計為主體。
6. 僅能使用大會提供之軟片筒、迴紋針及自備的黏土製作成搖頭娃娃。除下落瓶水衝擊力外，不得以其它力量驅動搖頭娃娃。
7. 每隊僅能使用兩瓶 600ml 的水。

場地佈置說明

於無風的地方，置放一張小桌子。

計點方式

1. 每隊評審時間共 6 分鐘，共有兩次操作機會。
2. 比賽一分鐘內集水杯收集的水量多寡，每 1ml 得一點。自打開瓶蓋開始計時。
3. 取較佳一次的點數作為該隊活動一的成績，並與各隊評比排序後,依「六等第計分法」評等計

活動二：翻身娃娃

使用材料

• 大會提供：軟片筒 1 個、筷子 2 支、橡皮筋 8 條、大吸管 1 支。
• 自備器材：黏土、600ml 保特瓶 2 瓶、水盆 1 個、支架(請預先做好)。

製作說明

1. 將軟片筒用橡皮筋固定在一支竹筷一端，另一端加上黏土當成配重（編號 1 號）。用另一支竹筷（編號 2 號）連接綁軟片筒及黏土的竹筷，作為轉軸。以上裝置稱為翻身娃娃。不能改變大會提供之兩支竹筷長度，但可以修飾。除大會提供之材料及自備黏土外，不得增加任何外物在翻身娃娃上。
2. 靜止時，1 號之竹筷須垂直於地面。且綁好後，軟片筒與黏土的中心,間隔不得小於10cm。
3. 將自備的支架置於地面上的水盆內或跨於盆外，將翻身娃娃置於支架上。手持水瓶注水進入軟片筒內，水位升高後，娃娃可以翻轉一圈。娃娃將水倒出後，又可繼續盛水且翻身。若利用水瓶的水衝擊軟片筒外部筒身而使其翻轉，則該次所轉圈數不計。比賽在一分鐘內，翻身娃娃的轉動圈數。
4. 除瓶水的衝擊力外，不得以任何其他力量驅動翻身娃娃。保特瓶內只限裝水（且不使用瓶蓋），並且不可改裝瓶身。比賽一分鐘內，娃娃翻轉的總圈數。
5. 附圖為範例，各隊翻身娃娃製法不必一致，但成品須具備翻身之功能(水儘量不要灑

出水盆外)。

1. 每隊僅能使用兩瓶 600ml 的水。

場地佈置說明

於無風的地方，置放一張桌子。

計點方式

1. 每隊評審時間共 6 分鐘，共有兩次操作機會。
2. 比賽一分鐘內，每翻身一圈(360°)得一點。自注水後開始計時。
3. 取較佳一次的點數作為該隊活動二的成績，並與各隊評比排序後, 「六等第計分法」評等計分。

活動三：創意競賽

• 利用軟片筒製作一個以水驅動的裝置，不限外型及功能。
• 評分方法：功能 25%、創意 25%、造型 25%、說明書 25%

1. 說明書字數：500～1000 字。
2. 說明書須用文字說明設計原理、功能及特點，於報到時一併繳交，需附圖或照片。
3. 若未繳說明書，視為放棄此項活動的創意競賽。

器材

時間

• 製作時間：各隊30分鐘（含說明及領材料）。
• 評審時間：共40分鐘。

評分方法

1. 活動一與活動二
   1. 各項活動每隊均有 2 次操作機會，取較高一次成績作為該項活動之得點。
   2. 將活動一得點，與其他隊伍相較先行六等第排序計分，即為各隊活動一得分。
   3. 將活動二得點，與其他隊伍相較先行六等第排序計分，即為各隊活動二得分。
   4. 再將活動一與活動二兩項的六等第排序得分相加，其總和再一次與他隊作六等第排序計分，即為「神龍戲水」之成績。
   5. 將「神龍戲水」之單項成績，再與其他單項競賽項目單項總成績相加，即為該隊的大會總成績。
2. 活動三（創意獎）：依功能 25%、造型美觀 25%、創意特色 25%及說明書 25%之配分評審，最高分者獲創意獎。此項評分獨立計算，不列入大會總成績。
3. 單項優勝獎：本項競賽（活動一與活動二）成績第一名之隊伍，獲得此獎。

若此項競賽有兩隊以上總成績相等時，依活動一原始得點較高者為優勝。若活動一原始得點又相同時，再以活動二原始得點高低相較，較高者為優勝。