2014年7月12日

科學展覽品-簡單機械-汲水工具

這一陣子常跑科工館,不僅僅是求學時常去的充電站,也是因為現在與它共同合作一個教育部專案-科學學習中心,身為模組開發教師的任務之一,就是要針對館內各區的展品提供一些教學上的建議,讓近來參訪的親、師、生,可以將所見所得與學校課程做更多的連結。

四樓的展館一進去就會看到古老的工具,這些工具與文明發展息息相關,而文明發展往往可以說是與水親近的過程,因此如何取水、用水,便成了當時生活命脈發展的重點之一。除了實體以外,解說板中的文字也是經過考據,不只是走馬看花,而是讓展覽更為知性。
這種有趣的取水容器,形狀類似橄欖,稱為汲水陶罐
說明已經很完整,還可以朝向它的重心與浮心的位置做進一步研究

虛則攲,中則正,滿則覆《荀子,宥座》

汲水陶罐,是新石器時代半坡人使用的汲水器,空罐時,陶罐重心在兩耳之間,稍一搖晃,罐身傾斜。汲水時,罐底接觸水面,因水的浮力作用,罐身傾斜,水便流入罐內。水滿時,重心又回到兩耳之間,輕按罐口,即可將水瀉出。只有半罐水時,重心較低:「滿招損,謙受益」,「滿則覆」的汲水陶罐正好具體的說明了這個道理。

有趣的汲水工具還不只這個,使用了簡單機械的桔橰,也是重點發明之一,投石車也應用了類似的槓桿機制,只是從低處提升上來的水並不會被拋投出去。這裡應用的槓桿施力處可以使用人力(左方圖繪),當然也可以借助獸力(右側照片),只要原理對了,變化就出來了。
桔橰的設計必須是種省力的取水工具,才不會讓過程變得困難、費力
但若繩子只是架在橫木上滑動,動物就會備感辛苦,得要克服重力與摩擦力

引之則俯,舍之則仰《莊子,天運篇》

桔橰是我國古代汲水工具,用繩子將水桶懸在橫木的一端,另一端則繫重物,利用槓桿原理,使水桶及重物上下交替,以節省汲水的力量。這種製作簡便的工具,是農家最常用的器具,我國早在西元前一千七百多年便使用這種工具,傳說是伊尹發明的。西方使用這類工具,則比中國文獻記載約遲了一、二百年。
現在的龍骨車設置的目的多為觀光、體驗用途,科學遊樂園也看得到
足踏方式可分為單人操作和雙人協力的版本

灌水自覆,更入更出《三國志,杜夔傳》

龍骨車,又稱水車或翻車。主要裝置是一環鏈,鏈上有一片接一片的刮水板。當鏈上行時,利用刮水板在木槽中刮水上升,可將低處的水排入較高地區的河流或田地,它的操作方式有手搖、足踏及獸力帶動等,從宋代開始,龍骨車就已成為我國主要的灌溉和排水機具了。

如果健身運動館的器材能將動能轉化成電能,運動兼發電就是一舉兩得,不論是承重式的、踩踏式的或是滑走式的,運動時需要的空調電能或運動完後需要的溫水加熱或多或少透過自己貢獻一些,這樣的產能節能雖然只是杯水車薪,但總比什麼都不做來得好。

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