玩出創意5：50個魔法科學實作

1. 袋鼠下坡
有長長尾巴的袋鼠漫步下坡！

器材
飛機木（或珍珠板）、竹籤、細鐵絲、砂紙、線鋸、黏土、墊片

操作過程與現象
「步行下坡」（ramp walker）是相當古老的玩具，有相當多不同形式的設計，本書一開始六項就是介紹各式各樣的下坡玩具。首先如圖一的木製袋鼠，沒有外加動力，放在斜坡上不會滑下來，而是前腳、後腳交替的步行下坡，相當有趣。
步行下坡的玩具，結構上都有二個部件（參見圖二）：(1)與身體連結的前腳；(2) 能夠轉動的後腳。此外，結構上的共
通原則如下：
1. 「 後重心」原則：物體的重心在前腳的後面。（靠近後腳，但不能超過後腳）
2. 「 有限轉動」原則：後腳可以往前、往後轉動，但是轉動角度在一定的範圍內：當後腳往前轉動，會碰到前腳而停止；而往後轉動，會撞到木栓（S 點）而停止。
3. 「腳掌圓弧形」原則：前、後腳的「腳掌」是圓弧形的，不是平的。
4. 運動過程的「支點」為腳掌，隨著下坡的運動過程，前腳、後腳交替接觸斜坡，支點也隨之改變。

製作方法
1. 首先影印圖三（原始圖形取自參考資料2），袋鼠的身體長度（頭尾），建議不要超過12 公分。因為袋鼠太大隻，不容易保持直立平衡，容易翻覆。
2. 取約0.5 公分厚的飛機木（或是珍珠板），將袋鼠圖形黏貼在飛機木，再以線鋸裁剪（珍珠板則用保麗龍切割器裁剪），包括身體、二隻後腳。切割完成後，以砂紙將邊緣磨平。
3. 以電鑽或尖頭鑽在A 、B 、C 位置挖洞。注意：二隻後腳A 、B 位置的洞要挖小一點（註：A 洞插入竹籤，而B 洞插入鐵絲），插入的竹籤與鐵絲是緊緊套牢的狀態，以便二隻後腳可以一起連動。而身體C 位置的洞要挖大一點，插入竹籤後，竹籤必須可以自由轉動。
4. 將竹籤插入C 洞，觀察身體是否「頭高尾低」的翹起來（如圖四），亦即重心靠近後腳。如果不是的話，在尾巴加一點黏土，或是用砂紙將頭部再磨掉一些。
5. 二隻後腳的形狀是否對稱，是影響平順下坡的重要關鍵！因此，必須以竹籤穿過A 洞，以細鐵絲穿過B 洞，將雙腳固定後，用砂紙將腳掌一起磨平（如圖五），注意腳底要磨到具有圓弧形！
6. 組裝時，二隻後腳與身體之間（C 洞），需要放置一塊墊片（如圖六），以避免後腳轉動時撞到前肢。
7. 孰悉以上製作方法，並操作成功之後，可以自行設計造型。例如圖七為「恐龍」造型，只要修剪原來袋鼠的上半部與頭部即可。圖七的恐龍以珍珠板製作，並以牙籤代替竹籤。

原理
袋鼠下坡的原理，如圖八，運動過程如下：
1. 一開始以後腳為支點，因為重心在支點的右邊，因此袋鼠頭部會朝下運動（尾巴朝上運動），前腳因此會著地。
2. 前腳著地之後，前腳成為支點，形成重心在支點的左側。同時後腳因為本身的重量而往下掉（往前腳靠近）。
3. 此時由於重心在支點左側，因此尾巴會朝下、頭部會朝上運動（後重心原則發揮作用！），同時前腳往前（往上）跨出一步。
4. 前腳因為跨出一步，支點轉移到後腳，重心變成在支點右側，於是頭部又開始往下（尾巴往上）運動。
以上步驟反覆進行，就形成了步行下坡的現象。

叮嚀的話
完成下坡袋鼠的製作後，首先要調整「斜坡」的傾斜角度，只要細心嘗試，通常可以找到最佳傾斜角度。而斜坡的材質，避免使用過於光滑的，要使用摩擦力大的，例如保麗龍板、軟木塞板、木心板等。
過程中經常發生的問題是：無法直線的走下坡，沒有幾步就因為走歪了而停止運動。這個問題的原因，包括以下幾個可能：
1. 二隻後腿與身體，沒有垂直平行。例如圖九右側打X 的情形，造成的原因是A 洞與C 洞沒有成為水平線。因此在鑽洞時（由上而下鑽），要特別注意保持一直線，不要歪斜。
2. 包括尾巴、後腳與前腳，與地面（斜坡）接觸的切面，凹凸不平。解決方法是使用砂紙將接觸面磨平，或是以少量黏土補平。
上述的問題是各種步行下坡的共通問題，有時調整起來相當費時，建議製作過程不要心急，寧願慢慢的、仔細的裁切、鑽洞、磨平，遠比匆忙製作後再調整，更為省時省力！

2.紙杯下坡
紙杯如何緩慢的走下坡呢？

器材
紙杯、長腳圖釘、保麗龍、竹籤、砂紙、黏土、瓦楞板

操作過程與現象
以紙杯製作步行下坡玩具，器材更為簡易，而且在斜坡上，紙杯會一開一合的下坡，相當有趣（如圖一）。本設計修改自參考資料1，製作過程如下：
1. 首先製作紙杯中央的「瓦楞板」（圖二綠色部分），當作後腳。瓦楞板的寬度要比杯底直徑小約1 公分，長度約為紙杯的高度。
2. 將竹籤插入瓦楞板的頂端，再貫穿紙杯中央，穿洞的位置大約為紙杯的三分之二高度，完成後，瓦楞板必須能自由轉動。此時瓦楞板會超出紙杯的杯底，再以簽字筆在瓦楞板超出杯底約0.2 公分處做記號。然後將瓦楞板取下來，以美工刀切割。注意：切割線務必要平整，否則紙杯下坡時會歪斜！
3. 在紙杯兩側分別黏貼二塊保麗龍，以限制瓦楞板的轉動角度。左邊的保麗龍不要超出杯底，而右邊的保麗龍要凸出杯底約0.2 公分（如圖三），而且底部必須為圓弧狀（可用美工刀小心修剪）。
4. 最後在紙杯的左側插入長腳圖釘（後重心原則）。完成後，就可以玩看看囉！

第二種下坡紙杯的製作方法，取自許兆芳（2016）的設計，結構更為簡單，成功率也更高。製作方法如下：
1. 取一免洗紙杯，將杯底的底部以美工刀割除，成為鏤空狀。紙杯底部對摺壓扁後，再以長尾夾夾住。夾住紙杯後，如果紙杯開口成為扁平狀，則將開口拉一拉，使開口回復為圓弧狀。
2. 剪一條打包帶（貨運行用於打包物品的帶子，五金店有販售整捆的），長度要比紙杯略長一些。然後以長尾夾將打包帶夾在紙杯的中央，如圖四。
3. 取一圖釘，釘在紙杯背面的下方，如圖五；並修剪打包帶，使打包帶略為突出紙杯約0.2 公分（參見圖四）。
完成後，將紙杯放在斜坡上，試試看紙杯是不是一步一步的走下坡呢？只要調整打包帶的長度，以及斜坡的坡度，相當容易成功喔！比起第一個製作方法的紙杯，這個紙杯的步伐比較小一些，但是也相當有趣。

原理
第一個紙杯的下坡原理，和「下坡袋鼠」一樣，紙杯中央可以轉動的瓦楞板，如同袋鼠的後腳；而杯底的前端就如同袋鼠的前腳。而第二個紙杯，以打包帶取代瓦楞板，由於打包帶具有彈性，可以利用下坡的重力位能，轉換為彈性位能，讓紙杯反覆地一開一合的步行下坡。

叮嚀的話
1. 由於製作的難易度有差別，第一個紙杯適合國中以上學生，而第二個紙杯，國小高年級學生就可以進行製作。
2. 第二個紙杯的背面底部，除了用圖釘當作重物，也可以用一段漆包線綁在長尾夾上面（漆包線朝向後面），或是用膠帶黏貼小塊黏土。
3. 如同下坡袋鼠，最容易發生的問題是：下坡時會歪斜沒有筆直行走。原因通常是：
(1) 第一個紙杯，瓦楞板、保麗龍的底部傾斜不平整；(2) 第二個紙杯，打包帶沒有位於中央，或是底部不平整。
4. 在教學上，除了指導學生完成製作以及進行調整，可以讓學生探究「重心位置對於下坡的速度有何影響」？例如第二個紙杯的圖釘再加上一些黏土（或綁上漆包線），會造成什麼影響？變快或變慢？為什麼呢？

1. 袋鼠下坡
有長長尾巴的袋鼠漫步下坡！

器材
飛機木（或珍珠板）、竹籤、細鐵絲、砂紙、線鋸、黏土、墊片

操作過程與現象
「步行下坡」（ramp walker）是相當古老的玩具，有相當多不同形式的設計，本書一開始六項就是介紹各式各樣的下坡玩具。首先如圖一的木製袋鼠，沒有外加動力，放在斜坡上不會滑下來，而是前腳、後腳交替的步行下坡，相當有趣。
步行下坡的玩具，結構上都有二個部件（參見圖二）：(1)與身體連結的前腳；(2) 能夠轉動的後腳。此外，結構上的共
通原則如下：
1. 「 後重心」原則：物體的重心在前腳的後面。（靠近後腳...

力的科學實作
1.袋鼠下坡
2.紙杯下坡
3.人形下坡
4.小雞下坡
5.搖擺下坡
6.振動下坡
7.一柱擎天二部曲
8.天平的奧祕
9.迴轉陀螺
10.慣性與摩擦力
11.彈跳玩具
12.螞蟻吊大象
13.螺帽魔術
14.反向單擺的奧祕

水的科學實作
15.水錘效應
16.無動力水泵
17.水鐘與水幕
18.希羅噴泉
19.沙漏沉浮子
20.表面張力趣味競賽
21.酒的眼淚
22.跳舞水珠
23.薄膜指紋
24.孿生渦流
25.白板筆的奧祕
26.喜瑞爾效應

電磁的科學實作
27.磁條的祕密
28.磁鐵歐拉盤
29.反磁性趣味實驗
30.磁來逆轉
31.靜電動力球

光的科學實作
32.方圓隨身變
33.浮空投影
34.密碼解碼器
35.旋轉管的奧祕

空氣的科學實作
36.浮空飛輪
37.瓶子浮空術
38.聲音動力瓶
39.翻滾紙翼三部曲

化學的科學實作
40.火龍捲
41.白糖變黑蛇二部曲
42.浮空火焰
43.噴焰酒精
44.橘子皮的奧祕

其他科學實作
45.吸水大變身
46.生命的遊戲
47.神祕的重量
48.翻筋斗骨牌
49.奇妙的裂痕
50.人造肌肉

附錄 玩出創意系列各單元適合年級建議

力的科學實作
1.袋鼠下坡
2.紙杯下坡
3.人形下坡
4.小雞下坡
5.搖擺下坡
6.振動下坡
7.一柱擎天二部曲
8.天平的奧祕
9.迴轉陀螺
10.慣性與摩擦力
11.彈跳玩具
12.螞蟻吊大象
13.螺帽魔術
14.反向單擺的奧祕

水的科學實作
15.水錘效應
16.無動力水泵
17.水鐘與水幕
18.希羅噴泉
19.沙漏沉浮子
20.表面張力趣味競賽
21.酒的眼淚
22.跳舞水珠
23.薄膜指紋
24.孿生渦流
25.白板筆的奧祕
26.喜瑞爾效應

電磁的科學實作
27.磁條的祕密
28.磁鐵歐拉盤
29.反磁性趣味實驗
30.磁來逆轉
31.靜電動力球

光的科學實作
32.方圓隨身變
33.浮空投影
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