衣架槍

出自 全民科學平台
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原作者:謝迺岳
關鍵詞:彈力,槓桿原理,靜力平衡
同義詞:竹筷槍,原住民竹槍
小朋友常玩的竹筷槍組裝很困難,主要原因是不容易把槍身的架子綁牢;而使用衣架可以迅速製成堅固又有特色的槍。衣架槍以橡皮圈作為子彈,有扳機、保險、彈匣和瞄準器,如果還能發射箭矢,更是無人能敵。


探究問題

如何防止衣架槍的誤射事件?如何增加子彈的初速?射出子彈或箭矢的仰角須幾度才能射得最遠?除了玩具,這種彈力槍還有什麼實用價值?


實作項目

  1. 材料
    塑膠皮鐡絲衣架(32cm),竹筷(20cm),橡皮圈,粗吸管(18cm),氣球棒(38cm),粘土
  2. 製作
    將一雙竹筷夾住衣架一端並用橡皮圈綁緊,形成扳機。用另一條橡皮圈把竹筷的腳綁緊,並掛在衣架的勾子上形成保險,即完成衣架槍的基本結構了。在槍頭處用剪刀把膠皮剪斷,可以掛上橡皮圈拉到扳機上作為子彈。也可在槍頭處用橡皮圈綁一支粗吸管(吸管前端剪出凹槽),不但可掛子彈,並可增加子彈的彈力。
  3. 操作
    用橡皮圈捆紮時,必須把橡皮圈拉長繞緊;然而在綑綁粗吸管時,卻不可使橡皮圈繞太緊,以免使吸管變形讓箭矢無法射出。
    1. 猜測:衣架槍下方的保險繩只有一條,可以平衡幾條扳機上方的橡皮圈子彈?
    2. 猜測:當橡皮圈子彈的伸長量加倍時,橡皮圈的射程是否也會加倍?
    3. 猜測:想要把橡皮圈子彈射的愈遠愈好,衣架槍的仰角應該為幾度?


結果與討論

運用了槓桿原理,衣架槍上的橡皮圈子彈與保險繩達成平衡。用手拉扳機破壞了平衡,就使子彈射出去了。

  1. 結果:一條保險繩可以平衡許多條子彈(即使子彈橡皮圈的拉力很大)。因為在扳機上,保險繩對應的「抗力臂」很長,而子彈對應的「施力臂」很短。
  2. 結果:理論上,橡皮圈伸長量變成四倍時,會使子彈初速變為二倍。但是橡皮圈子彈在飛行時遭遇空氣摩擦,以及相關物體的振動消耗了動能,因此子彈的射程增加量會比較少。
  3. 結果:仰角應該比45度小,理由有二:空氣阻力的影響,以及我們是站立發射。


教學目標

適用於各年齡層與教育程度的對象,僅調整問題與實驗的難度即可。

  1. 知識上:體會槓桿原理的應用,認識空氣阻力對物體運動的影響。
  2. 技能上:能動手做自己的工具,能調整使工具達到最佳化。
  3. 情意上:喜歡童玩與原住民獵具,與各種文化(自己與他人的)對話而融入。

應用

  1. 在科學上:槓桿原理、機械能轉換、空氣阻力等教學。
  2. 在科技上:原住民獵具的傳統科技,以及現代救援用的「拋繩槍」。
  3. 在藝術上:將寶特瓶排列成圖案,用衣架槍射擊橡皮圈擊倒寶特瓶。
  4. 進階活動:在衣架槍前端再綁二條橡皮圈作發射繩;用氣球棒與粘土製作箭矢,穿過粗吸管後卡在扳機的竹筷間,藉發射繩的彈力射出,比賽射遠與射準。

參考資料