竹蜻蜓

出自 全民科學平台
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原作者:謝迺岳
關鍵詞:轉動,重心,童玩
同義詞:螺旋漿,直升機
把一支竹棍插入一片螺旋槳中,用手一搓就直衝天際;是許多孩童的甜美回憶,也是許多工程師的必修課題。在世界各民族的傳統文化中都有竹蜻蜓,製作竹蜻蜓的方法很簡單,可以作為兒童工藝的啟蒙,也能促進親子與同儕的關係;做為科學實驗教學,更是入手容易與深層探究的好主題。

探究問題

使竹蜻蜓飛升的原理是什麼?竹蜻蜓的最佳化是什麼比例?除了用手搓動,還可以有什麼驅動方法?生活中有那些材料適合製作竹蜻蜓?竹蜻蜓有那些應用實例?


實作項目

  1. 材料
    細吸管(18cm),細編織帶(22cm)
  2. 製作
    將編織帶對折後插入細吸管中。將兩側編織帶往吸管上壓平,但與吸管夾角30度,然後擡平與吸管垂直,就成為現代版的竹蜻蜓了。
  3. 操作
    用雙手夾住竹蜻蜓的桿子(細吸管),垂直臉部並靠近鼻子,搓動雙手感受風向,確認如何搓手能使竹蜻蜓飛高。把竹蜻蜓桿子垂直地面,單純搓手而不拋起,觀察竹蜻蜓能飛多高且飛多久。
    1. 猜測:在製作竹蜻蜓時,如果兩側槳葉(編織帶)與桿子(細吸管)的夾角改變,則竹蜻蜓是否能飛得更高或更久?
    2. 猜測:只把竹蜻蜓的桿子剪短,則竹蜻蜓是否能飛得更高或更久?
    3. 猜測:只把竹蜻蜓的槳葉剪短,則竹蜻蜓是否能飛得更高或更久?

結果與討論

槳葉轉動時,由於攻角(槳葉與運動方向的夾角)的存在,造成空氣被往下推動,轉而使竹蜻蜓上升。本實驗設計的竹蜻蜓很輕,因此些微的改變都可以造成顯著的影響。槳葉與桿子的長度相同,以及兩者的重量相近,已達成了最佳化的效果。

  1. 結果:攻角愈大,推動空氣的能力愈強,但受到的風阻也愈大,因此竹蜻蜓飛得較高但不持久。
  2. 結果:桿子愈短,則重心愈高;使竹蜻蜓不穩定,飛得不高也不久。
  3. 結果:槳葉愈短,則推力不強且阻力不大;使竹蜻蜓飛得不高但可轉得久。


教學目標

適用於各種年齡層及教育程度,用於親子活動更佳。

  1. 知識上:認識牛頓第三運動定律,以及攻角等名詞。
  2. 技能上:能夠製作簡易竹蜻蜓,並能操縱變因。
  3. 情意上:喜歡童玩,認同自己的文化,並願意與他人友情競賽。

應用

  1. 在科學上:牛頓第三運動定律、運動物體的重量配置。
  2. 在科技上:電風扇、直升機與飛機。
  3. 在藝術上:節慶時設計各種造型的竹蜻蜓,製作超大或超小型的竹蜻蜓。
  4. 進階活動:用樸克牌製作拉線竹蜻蜓,並進行竹蜻蜓射遠或射準的比賽。

參考資料