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弓與箭(3) 箭為何追風?箭與風向計

有什麼活動也能展現出"箭的迎風飛行"呢?我們將『風向計為什麼會迎著風?』與『有羽箭會何會追風前進?』做為類比。

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2019-10-25 05:22:58 最後編修
2017-11-02 22:28:16 By zfang
 

鄒族弓箭科學點放在箭尾翼的安定性。所謂的安定性就是『在飛行中,受微小擾動(如氣流波動)而偏離原來狀態,並在擾動消失以後,能自動恢復原來平衡狀態的特性。』箭在空氣中飛行受到空氣影響(空氣與箭身之間的摩擦力造成尾部氣流紊亂),如果能讓箭矢朝穩定朝迎風面飛行~,則可減少阻力造成的射程縮短與偏向。

前一篇是以風洞實驗來模擬尾翼對飛行的穩定性,我們見到有羽箭會迎著風飛行,除了風洞實驗,還有什麼活動也能展現出"箭的迎風飛行"呢?

咱們這回用吸管加上撲克牌(或廢紙卡),剪一個三角形做成尖尖的箭矢(箭簇),將吸管前端剪開一些,釘上箭頭;而尾部用紙卡做一個大一點的箭尾。然後呢?找根大頭針,穿過吸管中尖偏前端的位置,將吸管箭固定在附橡皮擦頭的鉛筆上。


這也是一隻箭,但是隻射不出去的箭。(這造形是否似曾相似?)

拿著這隻射出不去的箭,開始奔跑~懶得跑也可以躲在電風扇前,看看風吹過這隻箭時,箭頭是否永遠迎著風?

它是風向計。我做的是簡易版,如果要做漂亮一點,可以畫上帶有鮮艷色彩的圖案,或設計不同造型(例如公雞的雞首雞尾),就可以成為具有創意的小小動手做。


利用相同結構,紙板做的箭頭換成稍粗的硬質吸管,剪出葉片,變身吸管風車。


像風車旋轉著,也像風向計會迎著風,是個會”追風”的風車!

風向計為什麼會正對風向?這是因為尾部的力矩較大。尾部具有較長的力臂(大頭針為支點),也有較大的受風面積(受的風力也大),因此如果箭身打偏的情況下,箭尾力矩>箭頭力矩,合力矩箭身就會往箭尾方向旋轉修正。

直到風與箭身平行,合力矩為零。

因此,我們也可以將『風向計為什麼會迎著風?』與『有羽箭會何會追風前進?』做為類比。風洞適合大朋友用來討論氣流的作用(流體力學),而風向計的製作適合小朋友,可簡單利用槓桿原理來進行原理說明。

注意,箭飛行的科學並非只有如此,只是透過風向計製作這個活動,一方面讓小朋友看到箭矢會迎著著風,另一方面也能學習運用槓桿原理去描述或解釋所觀察到的現象!

 

弓與箭(1) 箭羽與鳥羽
弓與箭(2) 箭為何有羽?簡易風洞實驗篇
弓與箭(3) 箭為何會追風?箭與風向計
弓與箭(4) 離弦之箭如何飛行?
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弓與箭(11) 吸管箭與發射器
弓與箭(12) 弓的科學
弓與箭(13) 竹筷弓DIY
弓與箭(14) 原住民族的弓箭與狩獵文化

 

 

 

分類:科學動手做 2011/04/06 22:50

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