2013年2月4日

科學玩具-運動學-魔術湯匙(RattleBack自製版)


科學論壇這個社群常常會交流一些科學玩具的製作,所以除了分享,也會得到很多新的點子。除了研發新的演示教具之外,改良既有的科學玩具也是論壇成員的強項之一。這是一個社群,不營利也不藏私,沒有眾星拱月,只造就一個人的成功,而是每個成員均能獨樹一格,目的只是在交換情報、資訊與分工合作,所以知識只會越來越多。

當然,魔術高手的加入,為論壇注入了另一股新的活力。手法的表現雖然不是科學教師一定要有的技能,但引導思考與肢體語言卻是值得我們學習的地方。像新北市文林國小林鴻旭老師以及高雄市新上國小張一州老師,都是箇中好手。往往可以從中學得一些「眉角」,每一次分享,與其說是魔術表演,倒不如說是魔術破解教學。
子彈確實會轉彎,但我們的肉眼看不到
而湯匙會倒著轉,卻是活生生地發生在每個人的眼前
(你可以先猜猜看湯匙上面的東西是什麼?)

以上面這個魔術湯匙為例,魔術師會把它折斷之後再接回去,或者是折彎之後再復原,技巧都發生在你看不到的地方。不過手拙的科學教師可沒辦法做出精采的呈現,我們都只會彎湯匙,但是不想把它再復原。

而把湯匙柄彎曲卻是有其目的,就是要做出一支會自動迴轉的魔術湯匙。方法很簡單,只要把湯匙的握柄折彎,並讓握柄稍微偏離中央的對稱軸即可。所以你會損失一把湯匙,但卻獲得一個親手DIY的科學玩具。就像下面的照片一樣,可以看得出來握柄指向自己時是稍微往左邊偏的,這就是關鍵的地方,也是操弄它時應該注意的地方。
折彎之後的握柄偏向是隨個人喜好而定的,偏哪一邊都無所謂
但是不能偏太多,否則旋轉時會有翻覆的危機

將湯匙放在光滑的平面上,像是玻璃、瓷磚等等,用手指輕輕觸碰上方的握柄端,就可以使湯匙開始旋轉。剛剛為何提到要注意握柄偏離的方向呢?其實是因為玩法的關係,再怎麼樣神奇,湯匙只有順時針旋轉或逆時針旋轉這兩種選擇。所以若剛剛在製作時,握柄偏左邊,則建議讓湯匙逆時針旋轉,現象會比較明顯;若握柄偏右邊,就讓湯匙順時針旋轉吧!
彎折的時候,握柄的水平角度也會影響旋轉的效果
我習慣是將它折成與水平面角度一致,減少不必要的影響因素

當然上述的玩法也只是當作參考而已,如果換個方向反過來做,也是行得通的。旋轉的時候,湯匙也同時上下晃動著。但是當旋轉停止時,上下晃動並不會馬上停下來,而且立刻伴隨著反方向的旋轉。當輕輕觸碰握柄端時,手指所施予的力量可以分成水平與垂直這兩個方向,水平的分力當然是使得湯匙水平旋轉的主要原因,而垂直分力則會造成湯匙上下晃動的現象,這是很關鍵的地方。
關鍵就出現在這支刻意偏離對稱軸的握柄如果你不想讓握柄
偏離對稱軸,也可以像我一樣,在湯匙上加一些松香
(謎底終於揭曉囉!那是熔化後再凝固的松香)

總括來說,這和湯匙與水平面之間的摩擦力大小以及作用點有關。運動的能量也分成轉動動能和上下晃動的動能,也就是兩者之間的能量轉換,再加上摩擦力扮演著最終使湯匙轉向的角色,終究是使得湯匙像是被操作者的念力所控制似的。

有一種已經有一百多年歷史的古老俄羅斯民間玩具,叫做Russian RattleBack,以前是木製的手工藝品,現在則是壓克力製品。國外教具網站有售,不過價格都不便宜,有經費可以運用的大學花起錢來買這些推廣科普的國外小玩意兒絕不手軟。但對於資源貧瘠的中、小學而言,不如帶著學生思考替代材料,不花什麼錢卻能做出手工玩具,既有成就又可以玩科學!
你不覺得它的造型看起來就是可以拿來做玩具的模樣嗎?
它也不負眾望,真的可以迴轉哦!可以在適當的地方加些重物,例如電池…

對了!附帶一提,我所製作的這一支魔術湯匙沒有轉動方向上的限制,不管是順時針轉,或是逆時針轉都可以玩哦!

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