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這篇是為參加台中市105學年度中小學科學園遊會的活動而寫的,今年輪到我和廷維負責。
我們主要的活動是動手做,利用廢棄衣架的鐵絲與寶特瓶蓋來製作「環保桌邊掛鉤」。而在動手做之前,搭配簡單的小活動,藉以讓參加者了解其中的科學原理。選擇了站立的鉛筆,也是重心在下的原理。鉛筆搭配重物,就能做出類似不倒翁的效果,搖搖晃晃的站立,說是「戰慄」的鉛筆也可以!
環保桌面掛鉤標題是~你「掛」了嗎?自製環保桌邊掛鉤
那我們的銜接小活動則是~在你「掛」了之前,咱們先試著「站」起來吧!
相關連結:「你掛了嗎?」自製桌邊環保掛鉤~2017福科國中科學園遊會紀錄@精讚 與 環保桌邊掛鉤DIY@精讚
闖關的熱身活動~站立鉛筆VS.桌邊掛鉤
你能不能讓鉛筆站立起來呢?而且是用筆尖立在桌角和指尖,並且輕碰就算搖晃也不會倒喔!
做完這個小挑戰,你就會更明白桌邊掛鉤的科學原理了!
準備器材:
鉛筆、鐵絲、重錘
參考方法:
- 將鐵絲的一端纏繞在鉛筆上。
- 在鐵絲另一端掛上重錘。
- 稍稍折彎鐵絲後,將鉛筆立於桌邊,看看鉛筆能不能像不倒翁一樣站起來。
操作思考:
- 怎樣才能讓鉛筆站得越直?鐵絲的位置要高一點還是低一點好?重錘要輕一點還是重一點好?
- 如果要讓鉛筆直立,鐵絲該怎麼彎?
- 試著調整重錘與鐵絲角度,讓鉛筆以不同角度站立。仔細觀察~重錘與筆尖的相對位置。
要站在哪裡?什麼角度和姿勢?才會讓這隻看起來搖搖欲墜的鉛筆更有戰慄的感覺呢!!
原理解密:
不管鉛筆與桌面是怎樣的傾斜角度,要能穩定地立在桌邊,筆尖與重錘均是成一直線。也就是說,透過鐵絲與重錘協助,讓重心降低且讓它落在支點(筆尖)的下方,鉛筆就能穩穩地立在桌角保持平衡!
透過重錘將整組裝置的重心移到筆尖(支點)的下方,就算鉛筆受到擾動以順時鐘方向傾倒,重心也會自然產生回復力矩(逆時鐘方向),讓筆像不倒翁一樣,即使搖晃~還是能穩定站立。
同事說原先的圖看不懂,於是再補充一張。
以上解釋是針對站立的鉛筆或平衡鳥。如果是配合我們的環保桌邊掛勾,則可以解釋更簡單,只須強調重心低且重心垂直作用線在桌上瓶蓋範圍內就好。
環保桌邊掛勾沒有擾動或不穩定的情況,只要掛在下方的重物,重心作用線不超出接觸面(桌面瓶蓋)的範圍,就不會翻倒。不過,若是重物不夠重,桌邊掛勾是會滑動的。因此再加個重物能增加正向力(也提高瓶蓋與桌自間的最大靜摩擦力摩擦力)來做解釋,對桌邊掛鉤較適切。
想想看:
桌邊掛鉤上頭的重物,它的功能就像是這個活動中的什麼呢?
延伸閱讀:
科學遊戲實驗室 站立的鉛筆http://scigame.ntcu.edu.tw/engine/engine-007.html