2013年1月21日

科學玩具-運動學-哆啦A夢的空氣砲


這就是空氣砲玩具,印有哆啦A夢的圖樣,象徵其正統性

身為哆啦A夢最受歡迎的十大道具之一的空氣砲,能入選當然有其特殊的魅力,日本廠商也因此開發出了同質性的玩具,雖然威力不至於強到讓人受傷,但是那種突然被一團空氣打到的震撼,卻是一輩子難以忘懷。
包裝盒上簡單地顯示了空氣砲的外觀與使用方式
別以為它的威力就像盒上的圖示一樣,能讓空氣的震波以光的形式顯現出來
其實這只是廣告效果

操作空氣砲第一個步驟是將卡榫向前扳動,利用內部設計好的「牙」,將彈簧拉長後並固定住,造成彈簧的伸長(形變)。其實這個動作是在對物體作功,玩家手部所做的功會轉換成彈簧的彈力位能而暫時儲存。儲存起來的位能因為彈簧未在第一時間內縮回而暫時儲存在彈簧內部。
操作方法非常簡單,只要兩個步驟就可以做出如圖三的效果
簡易製造而不危險的風壓玩具,搭配「Dokan!!」的狀聲詞,還蠻適合親子同樂的

接下來就是利用空氣砲圓筒前的準星來瞄準目標了。瞄準的這個動作其實就是利用了光的直線前進的性質,因為兩眼到達前端準星的距離有差異,所以會有視差的現象。因此大部分人會將雙眼閉起一隻,使用單眼來完成對齊的動作。
可以利用所附的紙偶來做出各種不同的排列,擊中每個物品所得的分數也不盡相同
不同的排法也考驗著玩家操作的功力與穩定性

這個玩具被改良成各種形式,但是雖然模式各異,但是依照的原理則是萬變不離其宗-牛頓第二運動定律F=ma),當物體受到作用力時,就會在其受力方向上產生加速度,加速度的大小跟受力物體的質量成反比,而跟力量成正比。
砲口前有十字桿,避免內部的零件向外衝出
肉眼口見的內部兩條彈簧,也連接著透明塑膠杯,杯中並不是什麼都沒有哦~

那麼力量究竟是作用在什麼物體上呢?觀其名,知其意,正是「空氣」!砲身內部有個透明的塑膠杯聯結在彈簧上,當彈簧被釋放時,由於其彈性恢復力使得彈簧縮短,帶動透明杯向砲口衝。但是透明杯會因為砲口週邊藍色塑膠板的阻擋而立即停下來,速度瞬間降至零。
這是扳機和制動桿,順序是先向前推動制動桿,恢復至水平位置後,即可扣下扳機
如同來福槍或狙擊槍一樣,每次想扣下扳機前,就要上膛一次,但威力驚人

不過雖然透明杯被擋在砲口前,但身為流體的空氣可不會因此而停下來。因為空氣本身仍有保持原本運動狀態的慣性,所以雖然失去了來自杯子的作用力,但是靠著慣性卻也能向前衝出去。再加上砲口縮小,使得空氣在流出狹窄的砲口時,速度會再次加快。
空氣的質量雖小,但只要速度夠快,動量(mv)就不可小看。加上衝量為單位時間內動量的變化,若接觸時間短,那麼一團空氣撞擊到臉上的衝擊感便不可小覷。

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