2017年2月28日

科學玩具-運動學-鹹蛋超人做體操

在書局、文具店、玩具店或便利商店的架上,偶爾會出現一種奇妙的物品,與其說是奇妙,不如說是奇怪,因為它給人的感覺是:「它是正常的,但好像是哪裡出了問題?」就好像是東施效顰般讓西施難過地捧心。就以這個鹹蛋超人為例,猛一看像是高斯(UItraman Cosmos),可是仔細一瞧,嘴唇竟然被塗上金漆,下半身完全走了樣,不但是白色身體,而且還附上腰帶、銀靴,胸前那顆變身計時器還能理解,但是左右那兩片是什麼呀?(胸肌?)
 
 以往使用竹片為素材的玩具,現階段則使用塑膠
雖然材質不同,但能量轉換的原理概念是一樣的

還是稱它為鹹蛋超人好了,畢竟它有兩顆鹹蛋般的眼睛。按下底座兩側按鈕時,支架中間的橫軸受到細繩的扯動後開始轉動。橫軸上有兩條細繩,未按下按鈕前,細繩為交錯的狀態(交錯處在兩旁的支架內),而按下按鈕後,支架向外側張開的同時,也將細繩拉緊,讓交錯處旋開,進而帶動了圓盤轉動。
平時鬆弛(未壓下兩側按鈕)時,鹹蛋超人自然下垂
壓下按鈕後,則會被提升至橫桿上方

圓盤與橫桿為一體,就連鹹蛋超人的雙手也是被固著在吊環上。所以在按按鈕的壓放、壓放之間,細繩便被拉緊→放鬆→拉緊→放鬆……,於是兩條細繩在交錯扭轉、平行分離時,形成了扭力矩,也就是這樣的扭力矩造成鹹蛋超人上上下下的運動。
慢速壓下兩側按鈕,讓細繩繃緊並分離,鹹蛋超人便會慢慢上升
如同體操選手上吊環的準備動作

然而,它必須要有個靈活的肩關節,才能轉動。所以,肩關節處形成另外一個轉軸,讓身體可以繞著它旋轉。在壓放按鈕的時候,仔細觀察就不難發現其實細繩並不會同一方向一直扭轉,也就是兩條細繩只有交錯與平行這兩種動作,使得橫桿、圓盤、吊環連帶著鹹蛋超人的雙手也只有向前轉圈→向後轉圈→向前轉圈→向後轉圈……地反覆運動著。


可是,慢慢的操作就只看得到上環、下環的動作,說好的空中翻滾呢?只要加快按壓按鈕的動作,讓細繩扭轉的速率加快,當鹹蛋超人的身體尚未到定位之前,雙手就猛然地被被拉往反方向,在身體仍朝向原本運動的慣性作用下,就有可能出現空轉翻滾的動作。不過,按壓按鈕(控制細繩扭轉)的頻率得搭配身體擺動的頻率,才能讓擺動幅度逐漸增加,進而做出翻滾的高難度動作。

翻滾的地方不侷限在槓上或槓下
而且也不知道何時會前滾翻,何時會來個後滾翻?

這就像是大家熟悉的風火輪(以前是用鐵瓶鑿穿兩個洞,再用細繩穿過),並不是將繩子轉個幾圈,胡亂拉扯就能讓中間圓盤轉起來,而是雙手向兩旁拉繩子、向中間靠近的時機,必須搭配圓盤的轉動,尤其是在圓盤接近轉換方向之際,才是向外拉繩的較佳時機。

這裡提出一個思考點讓大家探究一下,要容易讓鹹蛋超人在空中翻滾的話,需不需要考慮轉軸(肩關節)以上的頭部和以下的身體部位的配重比例呢?怎麼樣搭配比較好?為什麼你會這樣認為?說說看,讓大家知道你的想法吧。

2017年2月14日

生活科學-簡單機械-鬧鐘

這一台鬧鐘是國中時期家母買給我的,一直陪伴我到現在,算一算也超過25年的歷史,期間也數不清它在半夜、凌晨叫過我多少次,只知道它提醒過我許多重要的時刻。只是,幾年前它突然不叫了,失去了鬧鐘響鈴的功能,僅剩時間指示功能,不特別注意,它也真的是默默地站在那邊等待關愛的眼神。
 
物品好好用,真的可以用很

 SEIKO的機芯運轉與耐久性真的會讓我有極高的意願繼續購買這個廠牌的產品

既然有了小小的問題,當然是勾起從小就把286電腦拆了的我的修理魂。不過,真的動手拆解卻是在幾年後,除了因為忙於學校行政業務、營隊外務之外,也由於智慧型手機也有鬧鐘功能,讓人總有理由把它晾在一旁。也就這樣看了它好長好長一段時間,直到太太想買新鬧鐘……可是它又不是真的壞了。

所以,這個小小的活化能讓我動了起來,想到就拆,不然會有下一個幾年後再說。拆解順序如後,一開始使用一字起子將前蓋透明板取下,接著拿下秒針、分針、時針和鬧鈴指示針,這樣前面的拆解就已完成。後面則是將電池蓋取下,用十字起子卸下後方外殼,轉下固定螺絲,即可取出核心機組。
大致上可以拆成這樣,想要續拆當然可以,但是重點是鬧鈴功能修復
因此目前拆解到這個地步就行了

核心機組又可以分成三個互相制動的部份:電池座、振盪控制模組和鬧鈴。也因為拆了以後,才知道裡面原來是這麼設計的,也才明白急促的ㄌㄧㄤ…ㄌㄧㄤ聲是透過什麼樣的機制產生。

右方為電池(直流電源),可以思考一下為何不用交流電哦
中間的白色板子和彈簧是控制左方馬達的通路與否

當白色板子升高時,連接馬達的線路為通路,一旦運轉到設定的時間,馬達隨即啟動運轉,這時噪音般的聲響大作,直到有人按下停止按鈕(白色板子降低,連接馬達的線路為斷路)為止。當然也有機會是人為的非典型中斷行為讓聲響停止,像是鬧鐘被迫飛在空中,劃出一道弧線後碰撞地(牆)面讓內部電池脫落,或是直接被硬物(鐵鎚、鐵拳、鐵腿之類的……)敲壞。
 
馬達軸心上並不如想像中的是一條硬棍,像敲木魚般一直敲
而是透過兩個小圓環,敲擊後再滾轉過去

原來,秘訣就在於馬達軸心上的塑膠棒兩端各套有一個金屬小圓環,馬達軸心轉動時,帶動小圓環撞擊附近的響鈴,而且是旋轉每180度撞擊一次(轉1圈可撞2次),而且圓環沒有稜角,不會在撞擊後卡在響鈴上,因此大家耳熟能詳的、讓人腎上腺素上升的、非把你吵醒不可的奪命連環鈴聲才會不絕於耳,但這樣的設計真的實用又有趣。