每天放學回家時,都會經過路旁的鐵軌,而鐵軌旁都會放了許多小石子,奇怪的是怎麼小石子的種類、大小都不同呢?我們想,為什麼不用磚塊、水泥、或鐵塊呢?

 

X博士摘要說明】

  1. 大小顆粒不同經過搖晃後,會有什麼變化?
  2. 木條插在小碎石的深度不同,搖晃後拔起來的難度相同嗎?
  3. 搖晃時間的長短會影響埋在小碎石中木條的鬆動嗎?

 

四十五生活與應用科學科作品

題目:小石子立大功火車鐵軌的枕木愈搖愈穩固

作者:臺南市東區東光國民小學的同學們

 

【摘要(原文)

每天都會路過鐵路平交道,發現鐵軌下的枕木有好多的碎石子,我們很好奇,在老師協助下我們利用搖晃機、各種不同的豆子、大小不同的石子等進行實驗,結果發現搖晃後的豆豆和小石子變得更加緊密,彼此的稜角互相交錯卡住,這時我們才恍然大悟,原來小石子立大功,讓鐵軌更穩定,也使火車行駛更加安全。

 

X博士步驟說明】

活動一:大小顆粒不同經過搖晃後,會有什麼變化?

準備不同的種子或不同的珠子,放進塑膠盒裡面大力搖晃。

投影片2  

如果顆粒大小比較一致的,搖晃後排列得比較整齊。而顆粒大小不同的,搖晃後有各式各樣排列的方式。

 

Q : 那如果把顆粒大的和顆粒小的混和在一起會怎樣?

A : 搖晃後,顆粒比較小的會填進多餘的空隙之中,使得排列更為緊密。

 

活動二:在不同種子中插入木塊,搖晃後需要多大的力才能拔出來?

將木頭插進8公分的種子盒裡,搖晃後,用砝碼量測需要多少力氣才拔得出來。

 投影片3  

還沒搖晃前的種子排列比較鬆,而搖晃後的種子堆越來越緊密,導致要把木頭拔出時需要更多的力氣。另外因為植物的種子每一顆長得差不多一樣,所以我們想要試試看如果是用大小不同的石頭,會不會有同樣的結果呢?

 投影片4  

原本以為顆粒比較小的石頭排列應該會比較緊密,結果反而是顆粒比較大,越重越緊密,因為大顆石頭有稜有角,比較容易卡得緊緊的。

 

活動三:如果把木條埋得深一點,搖晃後會不會更難拔起來?

 投影片5  

結果發現木頭插得越深就越不容易拔出來。因為木頭接觸石頭的比例變多了,導致摩擦力增加。

 

活動四:鐵軌下的枕木搖晃的時間一久,會不會鬆動呢?

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搖晃時間一久,顆粒比較小的石頭會慢慢下陷到下層顆粒比較大的石頭之間,

數據分析與結論

每天都會路過鐵路平交道,仔細觀察發現鐵軌的枕木是埋在碎石塊中,來來往往的火車不停搖晃著,使碎石塊也跟著搖晃而更加緊密堆積,彼此的稜角更加交錯卡住,造成鐵軌穩定和火車行駛的安全。

 

以下是評審給的評語

 投影片7  

X博士評語】

「停、看、聽」叫我們注意火車來了,「停」就是要我們注意火車快要來了,「看」就是要我們停下來觀察火車經過時,鐵軌下的石頭是如何排列的,較上方的碎石頭會逐漸地往下陷,導致鐵軌更穩固,「聽」就是要我們仔細聽火車經過時,鐵軌下的石頭因為劇烈搖晃,所發出來的聲音。這些石頭雖然平凡無奇,但聚在一起之後,就成為了保護人類交通安全的守護者。