林投葉風車

出自 全民科學平台
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原作者:謝迺岳
關鍵詞:風向雞,風向計,童玩
同義詞:編織帶風車,香蕉葉風車,四葉草風車

在屏東,一位美麗的排灣族姐姐示範用林投葉製作風車;在宜蘭,一位耆老用香蕉葉製作風車,說他們小時候在海邊迎風讓風車快速旋轉,度過了豐富並快樂的童年。其實只要使用長條形的軟材料,就可以編織出一個小風車。手編這種四葉形的風車,不只能享有原住民的快樂,還能在製作過程中探究其中的科學原理,立刻升級為風電工程師!


探究問題

林投葉風車要如何製作?為什麼這種風車能迎風旋轉?風車槳葉應該多長才是最佳設計?常見的風車有那些種類?除了做玩具與發電,風車還有什麼用途?


實作項目

  1. 材料
    細編織帶(22cm),長竹籤,粗吸管(18cm)
  2. 製作
    把編織帶依照「田字編」的方法編成十字,並用一支竹籤貫穿十字的中心,就能形成一支風車。把一根粗吸管套在竹籤上,讓扇面迎著風就能轉個不停。
  3. 操作
    把四片槳葉剪成相等長度。接著把一小段粗吸管插在竹籤上並推到槳葉後方,就可以減小旋轉時的摩擦力。扭轉槳葉找到最適合的攻角,使風車轉得最快。
    1. 猜測:風速愈快,風車是否轉得愈快?先猜想再操作。
    2. 猜測:固定風速時,槳葉的長度愈長是否轉得愈快?先猜想再操作。
    3. 猜測:固定風速時,槳葉的攻角愈大是否轉得愈快?先猜想再操作。


結果與討論

風車的效率與槳葉的長度有關;較窄的槳葉,適合在風速較大的地方使用。

  1. 結果:風速愈快時,風車的轉速先增加後減少。因為在高速時葉片可能成為「失速」狀態,且風車有可能損壞。
  2. 結果:槳葉的長度愈長時,風車的轉速先增加後減少。因為槳葉受到的扭力增加,且葉片會扭曲而失去平衡。
  3. 結果:攻角愈大時,風車的轉速先增加後減少。因為攻角太大反而失去推力。


教學目標

各年齡與各種教育程度皆可,親子共學更佳。

  1. 知識上:認識原住民童玩,理解風車的最佳化設計。
  2. 技能上:能夠編織簡單器物,能夠設法增加風車的轉速與摩擦力。
  3. 情意上:珍視傳統文化,見微知著,參與活動與欣賞他人的好習慣。

應用

  1. 在科學上:力矩、轉動慣量與轉速等教學。
  2. 在科技上:風力發電、水力發電。
  3. 在藝術上:用田字編的方法,可以創作出小玩具與生活用品(如筆筒或袋子)。
  4. 進階活動:轉速計,風向雞(風向計)。

參考資料