2013年8月29日

科學玩具-電學-發光溜溜球

溜溜球每隔幾年就會流行一陣子,這時候沉潛已久的高手就有機會站上屬於他們的舞台,表演各式各樣的花式招數,不但颳起國內的旋風,也能在世界級的比賽中一戰成名。從小時候把玩木製的或塑膠製的溜溜球,到現在有加入金屬配重的或是聲光效果的溜溜球,都能在小朋友心中占有一席之地。

近來的溜溜球造型也多元了起來,不再是圓餅型,連球形及啞鈴型也紛紛問世。如果造型不變,製造商就會在表面貼上酷炫的貼紙,或者是在空心的球殼中加入其他元素,最簡單的素材就是LED燈了。
發光溜溜球的球殼中,不再是空心,而是加入了電路元件
電路板上有電池、開關、電容和發光二極體

不過,如果是電路中時常保持通路的話,那麼即使沒有動到溜溜球,它也會發光,不但徒然耗電,也不是玩家所樂見,就好像小朋友穿著的發光鞋,踩下去才亮,沒動作的時候就不亮,如果沒動也會亮,不是很奇怪的一件事嗎?「不管如何都會亮」對小朋友來說,反而激不起去操弄它的慾望。

那麼,控制LED發光的開關究竟在哪裡呢?其實,就是橘色電容旁邊那那個藍色圓柱筒狀物,它不是水銀開關,而是滾珠開關。滾珠開關就是利用內部的小鋼珠滾動時,能與金屬接點暫時性的碰觸而產生通路或斷路的效果。因為它適合當被動元件使用,適合低電流,比使用水銀開關更加安全,所以才被選用在玩具中。
拿起來搖搖看,可以聽見小鋼珠滾動撞擊的聲音
利用圓形物體易滾動的特性,透過改變位置從而使開關閉合或斷開

至於改變鋼珠位置的力量來源呢?其實就是物體的慣性。進行圓周運動的物體時時刻刻都在改變方向,所以必須要有向心力作用在物體上,既不是讓物體加速,也不是讓物體減速。對系統而言,內部的任何物件如果都是固著在一起,那麼向心力就會讓所有物件進行同時受力而進行圓周運動。

可是,若內部的物件並非完全固著,也就是運動中可以改變位置或與系統不同步,那麼慣性就會使得該物件維持原來的運動狀態。這個意思就像是車輛轉彎時,車上的乘客並不是與車輛的運動同步,所以維持原本運動狀態的慣性使得乘客有被向外拋出去的感覺,這就是大家常掛在最上卻也常誤用的「離心力」,因為它不是真實的力量。
為什麼會座椅傾斜,而且乘客有被向外拋的感覺?
因為圓周運動中的遊樂設施每張座椅也正保持其慣性,乘客會不自覺地側身而坐

這就像把拖把倒立過來旋轉的模樣,拖把棉條看起來就像從軸心被向外甩飛出去一樣,而且轉速越快,越接近與地面水平。所以下次玩發光溜溜球時,記得要注意轉動快慢之間對於發光的影響,從中看出差異且明白箇中原理的話,就不再只是純粹的玩玩具、練招式,而是進階到內外雙修的境界。

2 則留言:

  1. 我想DIY~請問球殼可以在哪裡買到呢?

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    1. 應該不會有廠商單獨賣球殼的,不如買一個市面上的商品回來研究看看。

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