2025年2月28日

科學玩具-磁學-磁轉玩偶音樂盒的秘密

聽聞過幾次這類的科學實作研習,不但課程名稱-「磁轉玩偶」被直接挪用,參考來源甚至只寫「網路資料」,連原理也講得不清不楚,就只是製作出一項科學玩具而已,沒有更多教學與應用的話,真的很可惜啊!

也曾有過自己研發的課程,由其他縣市的現職教師在臺師大承辦的增能場合中整套講給我(和其他學員)聽的奇妙經驗,整場都知道接下來會講哪些,也很清楚沒講到什麼。


在鏡面上上演你追我跑的戲碼,不是單純帥哥美女的追逐
而是加入轉動,邊移動邊轉動代表著合力與合力矩均不為零

由於底座是密封住的,雖然也曾看過內部,但網路上很少見到實物照片,所以就直接拆解,讓大家明白到底是怎麼回事。怎麼拆呢?音樂盒是用螺絲釘固定在底面,而且底座沒有其他的方式可以讓我們觀察內部,唯一的方式就是從最脆弱的膠合面解構,使用扁平的翹棒和槌子就可以了。


拆開底座,裡面除了有發條音樂盒可以發聲以外
玩偶的運動就是靠上方橫桿上的磁鐵來運作

玩偶分立兩側,所以各需要一個磁鐵將其定位,讓玩偶內的磁鐵與底座中的磁鐵相吸。但旋轉時只能像是大磁鐵吸著小磁鐵移動,就像火車沿著圓形鐵軌一直繞著,車頭永遠朝向同一方向。

因此,中央的磁鐵便扮起了讓玩偶旋轉的重要角色,其弧形面所形成的磁力線分布與兩旁的磁力線稍有差異,而且與玩偶內的磁鐵是互相排斥的。因此在這一吸一斥的同時作用下,不為零的力矩便出現了。玩偶的底部呈曲面,目的是形成剛剛所提到的力矩支點,也利於旋轉。

 
合力不為零、合力矩也不為零的圓舞曲,憑的是江湖一點訣
微用心觀察、動動腦就能知道怎麼合理地解釋

磁轉玩偶的秘密並不是將磁鐵擺著就好,用國中就學過的磁力線性質及力矩的概念就能解釋為何旋轉,不論是順時鐘及逆時鐘轉動都是可明確理解、論證並作出解釋。

如何用國中、國小學生聽得懂的語言來解釋「磁轉玩偶圓舞曲」?我在營隊或講座的過程裡都有示範與說明,更可具體詳述整個課程模組的發展過程與構想演進,在此不再贅述,免得又被整碗端去。

2025年2月13日

科學玩具-壓力-爬牆車蓄能及配對

遙控器要能發射出電磁波讓爬牆車接收,才能控制車子的運動,因此除了控制模組以外,還需要電源。無線控制器通常使用直流電源,不過翻到遙控器背面的電池盒一看,六顆電池串聯形成的電池組,相當於9伏特電壓,並不算低,也代表耗電。


接上充電線,連結遙控器(輸出)與車體(輸入)
讓遙控器裡的電能傳輸到車體內的充電電池,此時會亮綠燈


綠燈熄滅代表充電完畢,可以開始操作了嗎?
別急哦,還得確認一件事才能完成配對

不論是遙控車模式或爬牆模式,遙控器所發出的訊號要能被車子的接收模怎識別才行。例如車底的代號為B,就需要將遙控器的撥動開關切換到B檔位,才能發射出相對應的、可識別的控制訊號,車子才能做出相對的動作,這是一定要注意的地方。


遙控器燈號恆亮、檔位正確,車子的電源打開、車燈亮起
配備成功的同時,也需要預先切換成「遙控」或「爬牆」的模式

換句話說,如果遙控器的撥動開關切換到A檔位或C檔位,雖然仍能發出訊號,但無法被識別,無論如何操作搖桿,接收不到正確頻率的車子就只能固定在原處,即使它能量充足,不動就是不動。