乘龍翔雲 -天空之城-

出自 全民科學平台
於 2019年1月21日 (一) 05:18 由 張又懿 (對話 | 貢獻) 所做的修訂 (評分方式)
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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