科學玩具－運動學－蝸牛球(Snail Ball)

原文發表於Yahoo奇摩部落格2011年09月16日。

當初的伽利略在測量自由落體的加速度時，曾經利用鈴聲和木製斜坡作為測量工具，並得到幾組很接近現今經過精密測量的理論數據。在同樣間隔的時間內，斜坡上的間隔卻是與時間平方呈現相關的變化，能做出這麼規律的實驗，並推論出加速度的數值，讓他在重力加速度的測量上留下不可抹滅的貢獻。

不過，當初的測量工具均為剛體，包括球也是實心的均勻球體，因此變化的規則是可以預期的。不過若是球體內是空心且不均質呢？那會是什麼樣的情形？呈現出來的運動是規則還是不規則呢？

這叫做蝸牛球（Snail Ball），是隱藏著秘密的科學玩具

雖然是消聲匿跡了好一段時間的隱藏版教具，但一定要正名

曾經在博客會客室中跟大家提到每一項玩具對我來說就是一個故事，包括研發過程也是。通常拿到教具或玩具的老師有的會認為它很新奇，有的會認為它很好玩，有的會認為不過如此。不過，其實大家看不到的是開發的背後所經過的歷程與煎熬。

就以這項蝸牛球來說好了，當初在英國教具網站看到它時，就想非得把它做出來不可，因為買是一回事，能自己做出來又是另外一回事。不過最後還是沒有買，因為我相信自己可以研發，這可不是喊喊的莫名自信而已。

在決定好要研發的當下，要克服的任務就會接踵而來。其中一項較困難的就是「球從哪裡來？」我要的是空心的，當然有很多選擇，塑膠小球也好，遊戲池中的大球也罷，都會遇到一個關鍵問題－「如何將另一顆球置入？」，而克服之後的路就會平坦一些。後來，利用身邊有的小朋友玩具球殼，回收並利用其剩餘價值，雖然在一年多前就製造出來了，只是成品一直擺在櫃子中，變成了隱藏版教具。

本來是要在今年花蓮東華大學的物理與教學示範研討會中給大家一個驚喜的，不過與工作坊和動態教學演示的主題不符，所以在無奈之中只好割愛，等待明年在中山大學的物理與教學示範研討會推出亮相。08/19那天在泡泡龍學長的車上，往花蓮的路上還在跟廠商催，確定沒辦法趕上盛會後，只好請廠商將材料寄到學校，入手時已經快開學了。

只做出一個教具當然是沒問題，但是如果是研習呢？大量的球殼便是令人傷腦筋的問題，這又是這篇文章中的另一個故事－「購物也是一種能力」。我在半年前找到了台南在地可以提供球殼的廠商，就這麼剛好在台南安平，當然是大熱天也要前去拜訪啊！即使是中午紫外線量最多的時刻，我還是依循住址找到了老闆……的弟弟，並請好心的老闆弟弟給我公司的聯絡資料，才得以克服材料取得上的問題。

這是這一箱裡面的物品，關鍵就在公母殼

你猜到我用的材料原本是什麼樣的用途了嗎？

有了這一項神兵利器，就可以將原本25英鎊的教具以不到4元台幣成本製造出來

 25英鎊折合美金40元，節省下來的資源可以去做更多的事

軌道也是一樣，利用配線壓條可以做出一條可以限制球體滾動的路線

同樣的是利用以前裁切後剩下來的剩餘素材

之前提到球並非剛體，所以我使用了這個秘密武器－居家生活必備好物

那就是怎麼用都用不完的「膠水」

製造方法很簡單，使用球殼加裝黏滯性大的液體即可，可選擇的液體種類很多，有不同濃度的膠水、洗碗精，甚至是保麗龍膠。至於加的量就是變因了，這是我科展題目的變項之一，請勿重複相同的題目哦！

如果只是空球殼，那還做什麼科展？當然是要加點料囉！所以我在裡面加了顆彈珠。在兩個公母球殼之中加入一顆彈珠其實影響不大，充其量不過就是變成一個滾動更快的圓球版跳豆而已。

準備的材料依序介紹如下：公母半球殼各一、小型彈珠一顆

所以要加入黏滯性大的液體，不過黏滯性太大的液體如保麗龍膠也是一種困擾，因為在形變發生之前，球體就已經滾落斜坡了，充其量只是個質量分布不均勻的球體而已，所以不建議使用。另外矽油也曾經出現在我的材料清單中，不過不易取得而且有味道，所以沒經過面試就直接被刷掉。

加入適量膠水，將彈珠慢慢置入半球殼中

在膠水滿出來之前，迅速將另外一個球殼蓋上並組合起來

後來看到科學遊戲實驗室中提供的做法，不過用砂紙磨或是強力膠是在破壞球體，是增加摩擦力而非光滑程度，不建議使用。況且我買到的球殼也不會漏出任何液體，放在書櫃中一年多了都沒事，膠水也沒有乾掉。

這就是成品－我的孩子，為了你的誕生，我吃了多少苦～

看似平凡無奇，但只要一驅動，就馬上能引發思考

迫不及待地把它放在自製軌道上，想看看它的成效是否跟想像中的一樣

你知道從左邊的照片滾到像右邊這樣需要幾秒鐘嗎？

這是屬於「液體黏滯性小+軌道坡度低」的版本

另有「液體黏滯性小+軌道坡度高」和「液體黏滯性大」的版本比較哦

這麼一小段距離需要三秒鐘，完全跟剛體運動不同呢！除了滾動以外，它還有個奇特的現象，這個現象讓論壇中的一州老師原本以為它滾下去時，會稍微後退，如同爬坡的有趣現象。其實這是因為裡面流體的慣性與振盪所致，舉個簡單的例在比喻，如同急踩煞車時，人在座椅上的運動狀況不只往前，受到安全帶的限制之後還會後退，再被椅子彈出，所以造成來來回回的現象，並不是真的爬上去哦～

後記：2012年以這個玩具為題目參加台南市第52屆科展榮獲國中物理組第二名。後來看到科學遊戲實驗室中提供的做法，使得這篇隱藏文章提前上檔。我買到的球殼也不會漏出任何液體，放在書櫃中一年多了都沒事，膠水也沒有乾掉。用砂紙磨或是強力膠是在破壞球體，是增加摩擦力而非光滑程度，不建議這樣做。