作品名稱:旋轉吧!跑馬燈 


 

摘要:

 

由童玩「跑馬燈」引發研究動機:利用熱空氣上升撞擊旋轉杯葉,產生反作用力,讓紙杯旋轉的原理,以簡易素材創作實驗用的跑馬燈,並取各式紙杯,割出不同形狀、數目的葉片洞口,作為觀察轉速用的燈罩。經過五代的研究與改良,固定最適實驗基準用的跑馬燈與葉片形狀、開口角度二項變因後,進行不同葉片洞口數的旋轉效能實驗,並紀錄溫度,分析觀察結果。

研究動機:


每所學校校門前,都有設置大型動態循環佈告欄 —「跑馬燈」,隨時提供學校最新訊息和榮譽榜,在夜晚中特別明顯,熱鬧的商店街也常常發現它的蹤跡。但這佈告欄上只有燈在閃爍,又沒有馬在跑,為什麼叫它「跑馬燈」呢?

這個疑惑在資優班科技創作主題課程中有了初步的解答:原來,真正的「跑馬燈」是前人的童玩,也是美麗的裝飾品。燈罩上畫著駿馬,點了燈泡或蠟燭,燈罩就會開始旋轉,成了名符其實的「跑馬燈」!但,是甚麼原因讓燈罩旋轉?如何讓燈罩轉得更快?這種童玩背後的科學原理引發我們研究的興趣。

 

 

結論:

經過二個多月的實驗研究,要做好一座跑馬燈,影響因素很多,如:燈罩材質、杯身的重量、大小、葉片形狀、洞口數、開口角度、溫度測量、燈泡瓦數、隔熱、燈座穩固、用電安全等組合因素都得通盤設想,缺一不可。

本實驗前半部分在研究製作最適實驗、最佳轉速的跑馬燈,經過五代的改良,完成終極版的【亞東五號】,並找到確定了最佳的葉片形狀(等腰三角形)和開口角度(45°)的重要變因。

後半部的實驗以葉片(洞口)數目為主要變因,發現以下重要結論:

1. 洞口數越多,轉速越快,但二洞杯例外(要再研究)。

2. 紙杯的旋轉速度由慢漸快,隨時間增長,溫度升高,速度越快,漸漸轉速穩定。

3. 出風口的溫度增高快,回風口溫度增加慢,二者溫度的變化在2-3分鐘後穩定。

4. 原本猜測溫差才是與旋轉圈數最有相關,實驗後發現二者並無絕對相關。

5. 有時候溫度跳動很厲害,有部分原因是教室門被突然打開,人員進出擾動空氣的關係。即使外部溫度改變大,一但杯子穩定旋轉後,轉速的波動並不會太大。

 

心得:

在這次一連串的實驗中,從前導實驗到洞口數實驗、從【亞東一號】到【亞東五號】、從轉5圈到41圈,經過了不少挫折與驚險。有一次,不小心碰到了實驗中高溫的燈泡,手起了小水泡,所幸沒有大礙,讓我們更加留意實驗的安全。發現【亞東二號】失敗時,雖然有些沮喪,感謝老師們和爸媽,給我們許多的協助、信任與鼓勵。老師用心指導之外,還陪著我們計時、數圈,導師諒解與通融我們的缺課;製作【亞東號】時,爸爸陪我趕工到深夜,阿公從中壢送來厚實的紙盒底座….,好多的感謝。

雖然實驗已告一個段落,對於洞口數,仍可繼續研究了解,究竟洞口數開到幾個洞之後,旋轉圈數會到達極限?科學原理的推敲是永無止境的,只要我們有興趣去問「Why」,就會有無窮的發現。做科展的這幾個月來,我們感受到愛迪生所說的:「成功是一分的聰明,加上九十九分的努力。」能夠有這樣的成果,所有努力都很值得。最難能可貴的是我們的合作,無堅不摧、天衣無縫,從彼此的長處中,相互學習。

前人的童玩原來裡頭藏著這麼多的科學原理,下次看到不同的跑馬燈飾時,除了欣賞美麗的流動圖案和炫眼的燈光外,我們一定還會細細觀察它的構造組合、轉動的葉片等。再有機會,我們一定可以做出更棒的跑馬燈!

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