2013年2月4日

科學遊戲-運動學-火柴棒火箭


這是2010年六月份的三年級畢業前夕,在台南的一場研習所拍攝的照片,當時的縣政府教育處來文要各校出帶隊老師和四個學生前往參與。由於帶隊老師真的只是帶隊而已,所以被安排在離學生遠遠的禮堂出入口,而學生則是坐在舞台前的長條桌上。

如果有想要出意見指導,就得離開自己的座位,走過大半個禮堂才能找到自己的學生,所以很多老師紛紛拿出NB與書籍進行自我修練。沒辦法,公文上也沒規定帶隊老師是要教理化的,所以看起來似乎各個領域都有,其中不乏體育老師的身影。

三、四個講師輪番上陣,其中的一個活動內容跟作用力與反作用力有關,講師用火箭和氣球的例子起了個頭,介紹牛頓第三運動定律的大概。接下來就發了火柴棒和鋁箔紙要學生「自行測試與包裝」,比賽看看一組能射得最遠。

這有點像研究論文中提到的實驗層級第二級,給了材料但不給方法,雖然原理略知一二,但結論與操作則完全由學生來決定,有Hands on的活動,卻少了點Minds on。所以囉,一堆奇形怪狀的火柴棒火箭被製造出來,每張桌子至少有二、三十支以上。

但這時講師的流程似乎沒有掌握好,沒有事先提醒可以來測試的火箭數目與會場所提供的、公用的發射架型式,所以學生們白白做出一堆根本不可能飛出去的火箭,有前凸後翹的,也有環肥燕瘦的。
這是發射架,由三根竹筷、三個長尾夾和一堆螺帽所組成
竹筷相互垂直由長尾夾固定著,螺帽的功用則是將發射架重心移於桌面內

整個會場中有一百多位學生,能代表該桌出來測試的,少說也有三十幾位。講師群一開始只拿出一組發射架,測試進行到一半才發現人潮無法消化,這時才拿出第二組發射架供大家使用。但是時間往往就這麼被浪費掉了。
這是發射方式,利用蠟燭加熱末端
也就是加熱處的鋁箔並沒有封住,而是留一小孔讓氣流向後噴射而出

更大的問題來了,相對於火柴棒這麼輕的東西,火箭與發射架之間的摩擦力的影響就不容小覷。鋁箔封裝方法、層層之間的紋路與長尾夾凹槽之間的相對影響實在是造成這個實驗容易失敗的最大原因。而且為了配合這組發射架,還要考慮到末端鋁箔所留下的洞的大小與形式,火箭前端還不能留有縫隙呢!
我覺得捕捉到最美的一瞬間只有這一刻而已
但是看到這道弧光的軌跡,不用想都知道飛不了太遠

所以看了數十組壯志未酬的火柴棒火箭,通通留在發射架附近,不免起心動念去和被教授帶來上場的研習講師討論一下可以改良的地方,不然,讓學生們這樣的試誤,真的是在殺時間而已。最重要的,就是成功讓火柴棒火箭飛出50公分以上的學生們,真的就能從此一帆風順,做出的每支火箭都能飛出去嗎?不見得,只是比起他人的成功機率高了些。所以這個實驗的可再現性並不算高,而且在同一個空間裡的火柴燃燒後的氣體產物一直累積,加上看到過程中蠟油一直往地上的墊子滴落,一番節能減碳的美意都會被打了折扣,只見一根根火柴前仆後繼地、莫名其妙地陣亡。
射出去之後呢?是否煙消雲散而一切歸零?
還是能成為下一次實驗成功的起點?

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