猴犀利的摩擦⼒

設計：游珮均老師/新北市立新莊⾼中

活動說明

⼀.⽬的：

摩擦⼒在⽣活中有許許多多的應⽤，摩擦⼒的影響因素有接觸⾯的性質、作⽤於接觸⾯的⼒等，在製作爬樹猴的過程，設計造成不同摩擦⼒的條件，再利⽤棉繩與爬樹猴間的摩擦⼒不同，製作出不同爬⾏速度或具有負重能⼒的爬樹猴。透過活動設計提供了⼀個兼具探究實作及趣味性的科學競賽，可讓參加活動的學⼦瞭解摩擦⼒在⽣活中的應⽤。

⼆.原理：

爬樹猴的結構如圖⼀，主要是由5根冰棒棍及1條橡⽪筋構成。在拉扯棉繩的過程中，⽀點設置的位置改變了棉繩拉扯的⾓度，爬樹猴的兩端上肢及下肢與棉繩的接觸、泡棉與棉繩的接觸產⽣了不同⼤⼩的摩擦⼒，再藉由橡⽪筋的伸縮，爬樹猴的結構產⽣開合的情形，使得棉繩在四肢的繩⼦位移的長度不同，因此造成爬樹猴移動速度差異的現象。

三.活動⼀：任重「猴」道遠

（⼀）場地說明：

本活動場地⼤⼩約為長180公分、寬150公分，場地中有⼀張60cm寬桌⼦、60cm寬椅⼦及牆⾯，牆⾯離地220公分處放置⼀個掛勾，如圖⼆所⽰。開始前準備時間，參賽隊伍於「準備區」預備比賽，參賽隊伍以椅⼦協助將棉繩固定於掛勾，桌⼦擺放⼀盒彈珠供參賽隊伍⾃⾏決定取⽤數量。開始比賽時，評審位在掛勾⼀側計分，⼀位隊員在「操作區」操作，其他隊員在「等待區」等待輪流進⾏比賽。

====（⼆）使⽤材料====： ⼤會提供材料：冰棒棍7根（2根備⽤）、⽩⾊棉繩250公分1條、彈珠、⽔槽籃網。參賽者⾃備材料與⼯具：橡⽪筋、牙籤、泡棉、夾⼦、奇異筆2枝(紅、藍各⼀枝)、鑽⼦、剪⼑、筆、尺、瞬間膠或免插電熱融膠。

（三）競賽說明：

1. 製作：
   • 棉繩的準備：
     1. 取⼀條250公分的棉繩，棉繩前端第25公分處以紅⾊奇異筆作記號，即為「起點」，之後分別在125公分及205公分處以紅⾊奇異筆畫記，最後⼀個紅點即為「終點」。剩下的棉繩作為固定在掛勾上使⽤。
   • 爬樹猴製作：
     1. 製作⼀隻爬樹猴，取5根冰棒棍製作爬樹猴，其中2根作為前肢、2根作為後肢、1根作為⾝體。前肢的2根冰棒棍夾住⾝體的冰棒棍，並在相接處以膠固定。
     2. 前肢的冰棒棍各鑽⼀個孔（如A端），穿入牙籤固定，並在前端位置，黏貼⼀片泡棉在兩枝冰棒棍間。
     3. 後肢的2根冰棒棍先分別鑽3個孔，後肢的2根冰棒棍夾住⾝體冰棒棍的兩側，相接處則以鑽⼦鑽孔後，穿入牙籤固定。剩下的2個孔（如B端），穿入牙籤固定。
     4. 將棉繩寫過爬樹猴如圖三所⽰。
   • 
2. 競賽：
   1. 開始前準備，於30秒內將棉繩固定在掛勾上，使⽤夾⼦與橡⽪筋將裝有彈珠的⽔槽籃網固定在爬樹猴上，彈珠數量⾄少5顆，並將爬樹猴調整在棉繩的「起點」位置，如圖四所⽰。

      

   2. 評審喊開始同時按下計時器，第1名參賽者在繩⼦的下⽅拉扯繩⼦，使爬樹猴向上移動，移動⾄「終點」即停⽌計時，爬⾏時間為t1。爬⾏⾼度需超過125公分的紅點始計算成績。
   3. 將爬樹猴重新移⾄起點，由第2名及第3名參賽者重複步驟b.，爬⾏時間分別為t2、t3，三名參賽者操作時間需在3分鐘內完成。
3. 計分⽅式：
   1. 操作分數為A＝(彈珠數量)/t，三名參賽者爬⾏時間分別為t1、t2、t3，三名參賽者操作分數分別為A1＝(彈珠數量)/t1，A2＝(彈珠數量)/t2，A3＝(彈珠數量)/t3。
   2. 參賽隊伍分數＝A1＋A2＋A3，依參賽隊伍分數排序，可獲得對應六等第分數，分數相同則以爬⾏時間平均值少者獲勝。
   3. 彈珠及夾⼦掉落即失敗，當次操作分數A＝0

（四）注意事項：

1. 開始前準備時間，參賽隊伍需確實將棉繩固定在掛勾上，比賽過程棉繩鬆脫⽽不能完成當次操作，則該次操作分數為0 。
2. 比賽進⾏時，只有操作者能握著下端棉繩操作，操作者及其他隊員不得碰觸比賽裝置。
3. 比賽進⾏時，每位參賽者在操作前，可重新調整彈珠數量，比賽時間不停秒，其調整時間會包含在比賽時間3分鐘內。

四. 活動⼆：猴猴相追何太急

（⼀）場地說明：

本活動場地⼤⼩約為長300公分、寬150公分，場地中有⼀牆⾯，牆⾯離地80公分處放置⼀個掛勾，如圖五所⽰。開始前準備時間，參賽隊伍將棉繩固定於掛勾，開始比賽時，評審位在掛勾⼀側計分，⼀位隊員在「操作區」操作，其他隊員在「等待區」等待輪流進⾏比賽。

（⼆）使⽤材料：

• ⼤會提供材料：冰棒棍14根（4根備⽤）、⽩⾊棉繩250公分1條。
• 參賽者⾃備材料與⼯具：橡⽪筋、牙籤、泡棉、奇異筆2枝(紅、藍各⼀枝)、鑽⼦、剪⼑、筆、尺、瞬間膠或免插電熱融膠。

（三）競賽說明：

1. 製作：
   • 棉繩的準備：
     1. 取⼀條250公分的棉繩，棉繩前端第25公分處以紅⾊奇異筆作記號，即為「起點」，之後每5公分以藍⾊奇異筆作記號，共40個點200公分，並在75公分處及225公分處以藍⾊奇異筆畫記，最後⼀個藍點即為「終點」。剩下的棉繩作為固定在掛勾上使⽤。
   • 爬樹猴製作：
     1. 取5根冰棒棍製作爬樹猴，其中2根作為前肢、2根作為後肢、1根作為⾝體。前肢的2根冰棒棍夾住⾝體的冰棒棍，並在相接處以膠固定。
     2. 前肢的冰棒棍各鑽⼀個孔（如A端），穿入牙籤固定，並在前端位置，黏貼⼀片泡棉在兩枝冰棒棍間。
     3. 後肢的2根冰棒棍先分別鑽3個孔，後肢的2根冰棒棍夾住⾝體冰棒棍的兩側，相接處則以鑽⼦鑽孔後，穿入牙籤固定。剩下的2個孔（如B端），穿入牙籤固定。
     4. 重複步驟1.~3.，共製作2隻爬樹猴，將棉繩穿過爬樹猴如圖六所⽰。

        

2. 競賽：
   1. 開始前準備，於30秒內將棉繩固定在掛勾上，將兩隻爬樹猴調整在「起點」及另⼀個藍⾊奇異筆記號處，使兩隻爬樹猴相距50公分，如圖七所⽰，掛勾及爬樹猴在同⼀個⽔平⾯上。

      

   2. 評審喊開始同時按下計時器，第1名參賽者在棉繩的前端處拉扯棉繩使爬樹猴移動，當⼀隻爬樹猴移動⾄「終點」即停⽌計時，此時記錄時間t1及兩猴之間的距離s1。第⼀隻爬樹猴需達終點始計算成績，當兩猴距離越接近30公分、爬⾏時間越短，則分數越⾼。
   3. 將爬樹猴重新移⾄起點，由第2名及第3名參賽者重複步驟b.，爬⾏時間分別為t2、t3，兩猴之間的距離分別為s2、s3，三名參賽者操作時間需在3分鐘內完成。
3. 計分⽅式：
   1. 操作分數為B＝s/t，三名參賽者爬⾏時間為t1、t2、t3，兩猴之間的距離為s1、s2、s3三，操作分數B1＝＝｜30-s1｜/t1，B2＝｜30-s2｜/t2，B3＝｜30-s3｜/t3。
   2. 參賽隊伍分數＝B1＋B2＋B3，依參賽隊伍分數排序，可獲得對應六等第分數，分數相同則以爬⾏時間平均值少者獲勝。
   3. 爬樹猴未達終點即失敗，當次操作分數A＝0 。

（四）注意事項：

1. 開始前準備時間，參賽隊伍需確實將棉繩固定在掛勾上，比賽過程棉繩鬆脫⽽不能完成當次操作，則該次操作分數為0 。
2. 比賽進⾏時，只有操作者能握著下端棉繩操作，操作者及其他隊員不得碰觸比賽裝置。
3. 比賽進⾏時，若兩猴相碰到，當次操作即失敗，操作分數＝0 。

五.活動三：創意作品

參賽者需設計⼀個短劇，短劇主⾓是以爬樹猴的原理設計，可製作背景，並搭配⾳樂將短劇演出，並拍攝成3分鐘短片。作品需兼具藝術、創意、科學及趣味性，作品繳交項⽬需包含劇情說明書及短片（影片為HD畫質）。

六.競賽時間：70分鐘

1. 製作時間:競賽製作與測試時間(含說明及領取材料)共30分鐘(活動⼀及活動⼆)
2. 評審時間：全部隊伍比賽時間共40分鐘，可分批進⾏。每組活動⼀及活動⼆接續進⾏，活動⼀ 3.5分鐘，活動⼆ 3.5分鐘，合計每組最多 7 分鐘。
3. 評等:如有隊伍發⽣同分情況，則以活動⼀原始成績⾼者獲勝。

七.給評分者的建議：

1. 檢查事項:
   1. 檢查材料是否符合規定，參賽作品是否現場製作。檢查未通過者，在該隊分配的競賽時間內⾃⾏設法修正，否則取消該項⽬參賽資格。
   2. 棉繩上的記號需正確畫記。
2. 活動⼀與活動⼆的評審在同⼀場地接續進⾏。

八.材料總表：

品名	規格	數量	備註	來源
冰棒棍	長8公分、寬1公分	21根	活動⼀及活動⼆使⽤	大會提供
⽩⾊棉繩	250公分	21根	活動⼀及活動⼆使⽤
彈珠	直徑1公分⼤⼩	20顆	活動⼀使⽤
⽔槽籃網	15公分長	1個	活動⼀使⽤
夾⼦	參賽者⾃⾏決定	1個	活動⼀使⽤	參賽隊伍自備
橡⽪筋		數條	活動⼀及活動⼆使⽤
牙籤		適量
泡棉		適量
奇異筆	(紅、藍各⼀枝)	2枝
瞬間膠或免插電熱融膠	參賽者⾃⾏決定	適量
鑽⼦、剪⼑、筆、尺	參賽者⾃⾏決定	若干

探究問題：

1. 在爬樹猴的結構中，如何控制爬樹猴的移動距離？
2. 在爬樹猴的結構中，如何控制爬樹猴的增加其負重？
3. 在猴猴相追何太急中，棉繩與兩猴間操控對猴間距的影響為何？
4. 爬樹猴的重⼼對其移動的影響？

···當然還有更多可探究的問題。