危險邊緣

出自 全民科學平台
於 2019年2月21日 (四) 05:40 由 張鈞祺 (對話 | 貢獻) 所做的修訂 ((四)競賽說明)
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1.目的

以簡單的器材設計有趣的陀螺儀,藉由繩子來轉動內部的轉輪,調整陀螺儀角度,使其以「一點」著地緩慢直線前進或依照指定軌道繞轉。

2.原理

1.角動量—旋轉的物體擁有角動量(具有方向性),角動量愈大的物體愈不容易被改變轉動狀態。 一個繞著圓心作圓周運動的優點,其角動量=質量X半徑X速率。 一個旋轉體的角動量相當於每一個質點角動量的和。

2.力矩—改變旋轉狀態的物理量(具有方向性)。當力矩方向與原來旋轉體轉動方向相同時,角動量(轉速)會增加,反向則減少。若力矩方向與轉動方向不平行,則轉動(軸)方向也會改變,且遵守向量合成之關係。 力矩=力Χ力臂(轉軸到力作用線的垂直距離)


3.活動一:直線慢行

(一)場地需求

在水平地面上佈置一條寬 50 公分, 長 400 公分的直線跑道,每隔 20 公分劃 一條橫線。起跑線之前另保留約 100 公分 助跑空間。地面盡量平整且避風。

(二)材料及作品說明

陀螺儀結構主要包含轉輪、外殼兩部 份,以繩子發動。使用的材料及作品規格 規定如下:

1.轉輪:以廢光碟片製作,數量不拘, 可剪裁、粘合,但不得添加其他材料 以增加重量。軸心可自行設計,材料不限,直徑不得超過 3.0 公分, 不得使用市售現成之軸承。可使用潤滑油。

2.外殼:以圓柱形、圓塔形 (側面投影為梯形)或圓錐形容器製作,最 大橫截面直徑需小於 20 公分,高度需小於 25 公分,材料不限,但 競賽時著地點之寬度不得超過 2 公釐。

3.發動繩:細繩或粗線,材質、長度不拘,繩端可加工使方便於操作。

4.助跑軌道:可使用電線壓條等材料製作起跑軌道,可有可無。

5.可使用粘著劑,但以少量粘著為原則,不得藉以增加重量。

(三)製作說明

1.參賽前製作:

(1)事先製作一具陀螺儀(甲)。使用材料均需依照前述之規定,賽前 須經裁判審察規格。


(2)可自行設計助跑軌道,事先做好帶來使用,以穩定陀螺儀出發時 的角度和方向。但,助跑軌道不得具有如斜面下滑加速之功能。 陀螺儀擺在助跑軌道上時,最低點不得高出地面 0.5 公分。


2.於製作時間內製作一具陀螺儀(乙)。使用之材料除了需要符合前述 規定之外,部份材料可事先加工,詳細說明如下:

(1)每一具陀螺儀最多只准許兩片光碟片於事先加工(做必要的剪 裁,或製作繞線的裝置、軸心等,但不得刻意增加重量),其餘光 碟片不得事先加工。

(2)外殼可事先鑽洞或加裝減少摩擦力的裝置等加工(仍不得使用市 售的軸承)

(3) 現場組裝可使用膠帶、速乾膠、潤滑油等,但需自備數層報紙舖 在桌上避免弄髒桌面或地面。

(4) 可自備工具,但是現場不提供電源。

(四)競賽說明

1.以陀螺儀(甲)、(乙)參賽,各使用 2 次,共 4 次。

2.開始之前先將發動繩纏繞上。開始時一人手持外殼,隊友協助以手 快速拉繩轉動轉輪。

3.使陀螺儀外殼上的一點著地(如上圖,不得直接以軸心著地),由起 跑線前(或助跑軌道上)靜止釋放,使其自行滾動前進。

4.由放手且壓到起跑線開始計時,當陀螺儀倒下(兩點或兩點以上著地) 或著地點超出左、右或 400 公分邊界即停止計時,此時間(X)為計分 之依據。

5.紀錄「停止計時」時之位置編號(Y)做為計分之依據。若出界則以出 界之點為準;若是倒下時著地點跨越兩區則以較高分為準。

6.陀螺儀前進中所使用的時間不設限,但是 4 次操作之前的準備時間 均不得超過 30 秒,超過 30 秒的時間(Z)列入扣分,若準備的時間超 過 50 秒則該次以 0 分計,繼續進行下一項比賽。(準備時間--由裁判通知「上場」或紀錄完前一次成績後喊「開始」 至陀螺儀釋放且壓到起跑線的時間。)

7.若拉動繩子失敗或不滿意可選擇不放手,重新纏繞繩子並重新發 動,所使用的時間繼續計入「準備時間」中,並且依照上述計時、 扣分原則處理。但是一旦放手且壓到起跑線便不得重來。

8.即使放手了,只要陀螺儀尚未壓到起跑線仍可調整角度,所用的時 間仍繼續計入「準備時間中」。

(五)評分標準

1.將每一次陀螺儀前進的時間(X)、停止計時之位置(Y)、準備時超過 的時間(Z)以下列公式計分。

單次分數 = ( X = ( X- Z/2 )× Y (單次分數小於 0 分以 0 分計)

2.每一隊四次比賽的成績相加即為活動一的成績。

3.所有參賽隊伍排序後,再以六等第計分法計分。

(六)其他注意事項

1.拉動繩子時不限定操作者的位置,但不得影響其他場地競賽。且當 陀螺儀釋放後就必須盡快離開跑道。

2.助跑軌道的前緣不得超過起跑線。且不得提供陀螺儀任何動力。

3.每一隊四人不限定任務,自行協調,分工合作以發揮最大效益。

4.上場之前就可以先將繩子繞上,以節省第一、二次準備時間。設計 快速有效的纏繞繩子方法以節省第三、四次準備時間。

5.陀螺儀(甲)、(乙)各使用 2 次,使用順序可自行決定,但須清楚告 知裁判。第一、二次操作失敗可即時更換陀螺儀,但仍以甲、乙各 2 次計分。