"神龍戲水" 修訂間的差異

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於 2019年6月17日 (一) 01:55 的修訂

原始設計者:李皇德


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)。
  6. 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。

探究問題