多多罐陀螺

用多多罐製作陀螺，不但環保與懷舊，還可以探索許多科學原理．多多罐由聚苯乙烯PS為原料，因此很容易鑽洞與切割．使用小剪刀或鑽子即可在多多罐上鑽洞，若是先把鑽子加熱會更容易成型．把寶特瓶蓋蓋在多多罐口上，可以貯存豆子等小物、加工成玩具或樂器、更可能製成各種科學教具．

探究問題

如何利用環保材料設計一個完美的陀螺？怎樣使陀螺能轉動得很久？在我們的文化中，共有多少種形式的陀螺？各種設計與操作的科學原理為何？陀螺儀是現代科技，被使用在那些領域上？

實作項目

1. 材料
   多多罐（100mL），寶特瓶蓋，竹筷（22cm），棉線（150cm），橡皮圈
2. 製作
   在寶特瓶蓋與多多罐底中央處各鑽一個小孔，將瓶蓋蓋上多多罐後，再緊緊的插入一支竹筷成為陀螺．為了使陀螺轉動穩定，必須使用以下方法：

1. 用雙手搓竹筷使陀螺轉動，練習穩定度，以使陀螺的轉動時間達到十秒鐘．
2. 用另一個有洞的寶特瓶蓋做發射器．將棉線一端繞在陀螺頂端的竹筷上，另一端穿過發射器；將發射器貼緊竹筷而拉動棉線，陀螺即可穩定旋轉．

1. 操作
   在以下實驗中，實驗一與二可選擇用雙手搓動或用棉繩拉動陀螺，實驗三必須使用棉繩拉動．

1. 猜測：在多多罐的腰部綁上五條、十條、十五條橡皮圈，用相同的方法轉動陀

螺，是否「橡皮圈的數量愈多」會使陀螺的「轉動時間增加」？猜測後再實做 ．

1. 1. 猜測：把一顆粘土小球加在鐡線的尾端後，啄木鳥振動的頻率將如何變化？增加小球的數量時，振動頻率又會如何？猜測後再實作並記錄。
   2. 猜測：不使用粘土小球，把長鐡線對折後，啄木鳥振動的頻率如何變化？把鐡線再對折一次，振動頻率又會如何？猜測後再實作並記錄。
   3. 猜測：市售的啄木鳥玩具，在氣球棒頂端的小球有什麼作用？觀察自製的啄木鳥玩具當鳥兒下降時，氣球棒頂端的晃動情況，然後將粘土小球逐一粘在氣球棒頂端再作比較。猜測後再實作並記錄。
      

分析與結論

以三個粘土小球與對折鐡線三次的方式，探討「轉動慣量」如何影響啄木鳥的「振動頻率」，是一種簡單的定性實驗。如果希望更為精確，可選用小鐡片來代替粘土小球。

1. 由細鐡線繞成的彈簧形成一個螺旋形的管子，套在氣球棒上。當鐡線振動時，某些時刻彈簧會卡住氣球棒，此時摩擦力等於啄木鳥的重量，使啄木鳥暫時停止移動。由於鐡線的末端仍在振動，因此會使彈簧擺正而與氣球棒不接觸，啄木鳥便因重力影響而向下墜落。
2. 把粘土小球加在細鐡線的末端時，會增加鐡線的轉動慣量，也就是慣性增大而使啄木鳥振動的頻率變小。反之，把長鐡線對折後，鐡線的轉動慣量變小而使振動頻率變大。調整鐡線的長度、重量、和質量的分佈，就可以控制啄木鳥依照我們期望的頻率來振動。
3. 當啄木鳥下降時，氣球棒頂端會劇烈搖晃。如果在氣球棒頂端粘貼重物，較大的慣性會使氣球棒的振動頻率減少，且搖晃幅度降低。
   

教學目標

本活動適合K~12的學生，在社區大學對各種年齡與教育程度的學員實施時也饒有趣味。

1. 知識上：學生認識能量轉換的現象。當啄木鳥下降時，重力位能轉換為動能，動能又因振動而轉變為熱能。由於重力位能源源不絕的供給，啄木鳥就能夠不停振動。
2. 技能上：鼓勵學生動手做，體會定性或簡單的定量實驗。使用簡單的工具與操作流程，讓學生更喜歡科學。
3. 情意上：以童玩引發學習動機。使用身邊的器材與回收品，重視環保議題與生活應用。

應用

1. 在物理上：作為運動學、能量轉換、轉動慣量等主題之探索活動。
2. 在科技上：作為建築防震。例如台北101大樓的阻尼球及中國宮殿的斗拱，都有在建築物頂端加重的設計。
3. 在藝術上，可以把細鐡線彎折成鳥形或愛心，或在鐡線末端貼上可愛圖片，是很好的療癒設計，送禮自用兩相宜。
4. 用棉線代替氣球棒，藉著拉緊或放鬆棉線，可以控制啄木鳥的落下速度。若把鐡線衣架展開再繞成圓環（兩端用氣球棒連結），可以讓啄木鳥持續振動很久。