翻雲神龍

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原始設計者:房漢彬


目的

利用物體進行圓周運動時的離心力,以及剛性物質較能旋轉的特性,挑戰高難度的旋轉三角架上的錢幣,以及將原本剛性極差的環材使其滾動一段距離,並經由競賽過程培養參賽者將知識和能力應用在解決問題上,而由實作練習找到關鍵概念,及培養正確的科學精神態度和團隊合作的精神。

相關原理

競賽方式

活動一:挑戰離心力

使用材料

競賽說明

  1. 本活動運用力學平衡原理,將硬幣放置在筷子三角架的一個底邊上,並利用向心力與摩擦力以手指為軸,旋轉三角架然後回收錢幣(見圖二)。整個活動包含四項過程:放置錢幣、擺動三角架、旋轉三角架、回收錢幣。
  2. 製作過程:三角架必須用指定材料當場製作,並由評審檢定後始可參賽。筷子不可摺斷,所形成三角形底邊寬度不可小於 6cm。
  3. 評分原則:每組 4 人參賽,計時一分鐘內完成下列動作,並依完成與否計點:
    1. 錢幣放置成功:每人加一點(錢幣不限大小、不限個數,可分開也可疊放,但是錢幣不能用各種方式黏接或利用竹筷間隙卡住硬幣),不管什麼方式,放置成功均只加一點,不過回收時則可依個數加點(亦即回收愈多分數愈高)。
    2. 擺動成功:每人可加二點(不能有任何一個掉落,否則不予計分)。
    3. 旋轉成功:至少轉一圈以上,每人加三點(一旦轉圈就必須完成回收過程,亦即依回收情形加、扣點數,因此,也可以放棄旋轉只完成放置和擺動二項)。
    4. 回收過程:每回收一個加四點,但每掉一個倒扣五點(不可分段回收)。
    5. 每人計時一分鐘,時間內可進行 1~2 次測試,並以較佳成績計點。四人得點數合計為活動一總點數
  4. 本活動利用馬達帶動寶特瓶產生旋轉離心力,使各種離心力環(包含線環和鐵珠鏈環)在高速旋轉下形成近似剛體而可在地面滾動前進,以滾動距離為計點依據。
  5. 製作過程:每組需用指定的材料(馬達和離心環材料)及自備材料,在現場製作兩個發射架及一組鐵珠鏈環及線環,另一組鐵珠練環及線環(材料均自備)則可事先製作,但需在賽前經評審檢定後,方得參賽(附件二)。線環、鐵珠鏈環均用同一發射系統,只能改變環的材料。
  6. 活動過程與評分標準

活動二

    1. (A) 線環: 每隊 4 人分為 2 組,一組以現場配發材料(馬達和線環材料)製作為主參賽;另一組為事先製作器材參賽。每組兩人合作在發射區內射出離心力環,計時一分鐘,依滾動距離計點,每組可操作 2 次,以較佳者為成績。
    2. (B) 鐵珠環:每隊 4 人分為 2 組,一組以現場配發的材料(馬達和鐵珠鏈)製作為主參賽;另一組為事先製作器材參賽。每組兩人合作在發射區內射出離心力環,計時一分鐘,依滾動距離計點,每組可操作 2 次,以較佳者為成績。
    3. (C) 評分原則:以環停著位置所標示之分數計點,超出計分區外則不計點,若環停著在計分區內隔線上,則取較高分計點。將(A)及(B)得點數相加就是活動二的總成績,再依六等第排列。

活動三

創意離心力類似活動二的設計,以離心力為主題,在發射結構或離心環上做創意設計,成品並需經過功能測試,並以 500~1000 個字及照片說明作品理念。

  1. 功能測試 30%滾動距離需 2 公尺以上,否則不列入計分。
  2. 結構設計 40%發揮材料與結構持性使操作更便利,環的滾動距離增加,使製作材料更環保,造形更創意。
  3. 創新設計 30%
  4. 字數:500~1000 字。
  5. 須用文字說明設計原理、功能、及特點,於報到時一併繳交。
  6. 若未繳說明書,本活動不予計分。

時間需求

  • 說明及製作時間 30 分鐘
  • 競賽時間 40 分鐘

場地佈置需求

材料相關事項

  1. 筷子品質注意均勻、一致性,衛生筷子有木製和竹製兩種,大會提供的為圓柱形木製材料筷子。
  2. 玩具馬達、線環及鐵珠環以一般容易買到的為原則。
  3. 橡皮筋為一般常用的約 4 ~ 5 公分(直徑)。
  4. 放置錢幣的三角架應盡量選用完整的筷子,不要有缺陷(如太平、太彎或磨平、壓扁等修整過)。如果發現筷子有缺陷,應主動要求更換。

探究問題