彈簧一定要用塑膠材質才可以移動嗎?如果改用隨手就可以取得的材料紙,也 會有相同的效果嗎?什麼原因可以讓紙彈簧不斷移動?可以設計不同造型的紙彈簧嗎?

 

X博士摘要說明】

  1. 研究製作可翻滾的紙彈簧。
  2. 探討影響紙彈簧翻滾的原因。
  3. 設計造型紙彈簧。

 

53 國小物理科作品

題目:翻滾吧!「毛毛蟲」

作者:臺北市內湖區東湖國民小學的同學們

 

【摘要(原文)

這個研究從五上自然與生活科技領域中「力與運動」的單元出發,探究最佳翻滾紙彈簧的條件,及影響翻滾的因素。『DIY』的樂趣,是我們研究這次主題“翻滾吧!『毛毛蟲』”的動力。使用容易取得的紙張,居然能做出有趣的玩具,實在簡單又有意思!首先我們從製作可翻滾的紙彈簧中發現:紙彈簧的內/外直徑大小、圈數和黏接方式都是製作紙彈簧的要件,其次我們也了解到重力、摩擦力、力矩,是紙彈簧翻滾的原因。透過實驗發現:紙張種類、紙張厚度與重量、砂紙粗細、斜面材質、斜面角度、翻滾的位置、不同造型都會影響紙彈簧翻滾的情形,利用前面的實驗結果,可以輕鬆製作出最會翻滾的「紙彈簧」。

 

X博士步驟說明】

●紙彈簧外徑的大小是否會影響紙彈簧翻滾的情形

取西卡紙,畫出內/外直徑為4/5㎝、4/6㎝、4/7㎝、4/8㎝的同心圓,做成 4 份不同外徑的紙彈簧。分別放在斜板角度 25 度上翻滾 10 次。

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達陣次數最多為內徑4外徑6㎝的紙彈簧,達陣次數多達 8 ,其他紙彈簧皆無法順利到達終點。

 

紙彈簧內徑的大小是否會影響紙彈簧翻滾的情形

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表現最好的是內徑 4 外徑 6 的紙彈簧。

 

紙彈簧的圈數是否會影響紙彈簧翻滾的情形

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紙彈簧黏 50 圈達陣成功機會最高,翻滾的情形較理想。

 

紙彈簧造型是否會影響紙彈簧翻滾的情形

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當斜板角度在30度,翻滾位置在12㎝處,橢圓形、圓形、八邊形紙彈簧都可以順利到達終點,所以 30 度很適合紙彈簧翻滾;但三角形、正五邊形紙彈簧到達終點的成功次數不理想,這兩種多邊形造型的邊數都是奇數,可見這類多邊形紙彈簧不是製作造型紙彈簧的最佳選擇。

 

數據分析與結論

紙彈簧翻滾受到重力、摩擦力與力矩,三種因素影響。

(一)重力:使紙彈簧翻滾而下,將位能轉變成動能。

(二)摩擦力:能夠讓紙彈簧不斷地在斜面上一步一步向下翻滾。

(三)力矩:需要用手施力使紙彈簧產生翻滾。

紙彈簧翻滾的能量轉換。紙彈簧翻滾時,原本存在的位能會轉變成翻滾的動能。

紙彈簧同心圓內直徑、外直徑的大小、圈數、黏接方式會影響紙彈簧翻滾的情形、達陣次數。製作最佳翻滾紙彈簧,建議:

(一)西卡紙的重量適中,最適合拿來做紙彈簧。

(二)同心圓內直徑 4 公分、外直徑 6 公分。

(三)同心圓黏接處要重疊 1 公分。

(四)紙彈簧圈數黏接 50 圈翻滾的情形最好。

 

以下是評審給的評語

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X博士評語】

紙彈簧一邊翻滾、一邊「走」斜坡的過程,好水往下流,紙彈簧就像小水珠彼此牽連著,彼此間有一股能量在傳送,上方最後一片紙圈,跨過下方紙圈後往前跨一步,繼續帶動紙彈簧的紙圈,形成有趣的科學玩具,而利用簡單的材料就可以做出可翻滾的彈簧,不妨可以試試看。