拋石器

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目的

經由動手製作拋石器並改良其功能的過程中,來體會力學及運動學之原理與應用。

原理

包含「 力學能轉換」被拉長的橡皮筋儲存有「 彈性位(勢)能」,釋放時,橡皮筋對竹筷作功,轉換成「 動能」 拋出小球。
槓桿原理:拋射桿繞著支點旋轉,彈力則提供作用力,當力臂愈大時,所產生的力矩就愈大。
拋體運動:物體被拋出瞬間的初速度與方向便已決定了運動軌跡。初速度愈快,再配合適當的角度,可以讓物體拋得遠。
其他尚可考慮作用力與反作用力定律,及其他力學及運動學原理,以達到最好的效果。

競賽方式

  1. 以大會提供之器材,製作一組或數組拋石器(圖 2-1 僅供參考),進行活動一及二的競賽。活動三需事先做好,報到時登記並繳交。
  2. 筷子需保持完整,不可以破壞(包含:削片、折斷及刻痕), 乒乓球不得改造及加裝任何物品。 活動三不受此限。
  3. 拋石器必須置於地面上進行拋射,不得以任何方式固定於地面,並藉彈力經拋射桿將乒乓球拋出。發射時拋石器前緣不得超越發射線。
  4. 發射時,得以單手扣住拋射桿(如圖 2-1 之 A 點)而後釋放,但不得扶持拋石器其它部份。
  5. 只要出手或球落地即算一次發射機會。
  6. 因安全的考量,各組只能在主辦單位規定之區域及時間內進行試拋。

活動一:拋遠比賽

  1. 乒乓球著地點須距離發射點3公尺以上,且在30度夾角範圍(如圖 2-2)內,方為有效球,超出範圍者不計分。
  2. 每組有5次發射機會,取其中較遠之3次距離相加為總距離。依總距離之遠近排序後,以六等第計分法計分(如表一)。若總距離相同者,參酌單次距離最遠者排序在先。

活動二:拋準比賽

  1. 在地面設置七個同心圓作為目標靶,其直徑分別為 50、 100、 150、200、 250、 300 及 350 公分,靶心距離發射線 5 公尺(如圖 2-3)。
  2. 依乒乓球掉落靶區之位置計分,以第一次著地點為準,離靶心越近,得點越高,配分如圖 2-3 所示。
  3. 每組有 5 次發射機會,將五次得點相加,依積點的高低排序後,以六等第計分法計分(如表一)。若加總後得分相同者,以命中最高點靶位之球數多者排序在先。若仍相同時,則按此方式往下類推。

活動三:創意競賽

  1. 此項活動單獨計算成績,各隊自由參加,成績另計,無關於活動一與活動二。
  2. 材料不限。要能達到競賽的基本要求,才予評分。
  3. 乒乓球著地點須距離發射點 3 公尺以上,且不超過 30 度夾角範圍(如圖2-2),方為有效球。
  4. 評分要點:
    1. 材料容易取得。
    2. 整體造型輕巧,不佔體積。
    3. 拋得遠、拋得準、易操控。
    4. 結構穩定、外形美觀、別具巧思。

器材

  1. 免洗筷8雙
  2. 橡皮筋25條
  3. 硬質塑膠長柄湯匙2支
  4. 乒乓球5顆

評分方法

  1. 分別將活動一及活動二的成績依高低排序後,採六等第計分法分別計算活動一及活動二的得分。將活動一及活動二的得分相加, 再依成績高低排序後,採六等第計分法計算得分與名次。分數最高的隊伍頒發單項競賽優勝獎。
  2. 本項競賽拋石器之得分與另外三項競賽成績相加後, 依成績高低排序後,總成績高者,依序頒發大會獎(總成績相同時,依序以兩小無猜、拋石器、水上浮塔及會排水的喝水鳥之得分為評比的標準)。
  3. 活動三的評分方式,採過關淘汰制,最後淘汰至少於五隊時,才作主觀項目的評比:
    1. 第一關:依活動一拋遠比賽的辦法,每隊有三次拋射機會,取至少兩次有效球的隊伍晉級參加第二關。若達此標準者超過十隊,則取總距離最遠的十隊晉級參加第二關。
    2. 第二關:依活動二拋準比賽的辦法,每隊有三次拋射機會,取總點數最高之前 1/2 隊伍晉級參加第三關。
    3. 第三關:依以下原則評比,每一原則各選二至三隊得分,若有特殊情況,經大會同意,得增減得分隊數。

原則

  1. 材料最容易取得者得一分。
  2. 重量最輕者得一分。
  3. 整體結構未受力時,長×寬×高之值最小者得一分。
  4. 第一關拋得最遠者得一分。
  5. 第二關拋得最準者得一分。
  6. 操控容易者得一分。
  7. 結構最穩固者得一分。
  8. 外形最美觀者得一分。
  9. 別具巧思者得二分。
  10. 第三關得分最高的隊伍,頒發創意獎,若得分相同者,則以第一關成績高者為優勝。此項評分獨立計算,不列入總成績內。

探究問題

為什麼拋石器能輕鬆拋起石頭,比拿起石頭還省力?

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