國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

科學遊戲實驗室   回首頁   

磁轉玩偶

製作更為簡便的旋轉小花

準備器材:大吸管、竹筷、磁鐵、熱熔膠紙片

  這個遊戲取材自善化國中王德麟老師的「科學玩具柑仔店部落格」(點選連結),設計上比本網頁的「旋轉小花」更為簡便。

  首先取二個磁鐵,版主買的磁鐵一個是0.6公分x 0.2公分的強力磁鐵(圖一上方銀色磁鐵);一個是0.82公分x 0.25公分的黑色磁鐵(圖一下方)。

  將黑色磁鐵直立在竹筷的上方(注意:是直立,不是平放),再以熱熔膠或油黏土固定(如圖二);使用熱熔膠時,可以將整個磁鐵包覆起來,以使大小能夠在吸管內穩定的自由滑動為原則。

剪二段小紙片,交叉為十字型後以膠帶或黏膠固定。再將銀色強力磁鐵黏貼在中央(如圖三)。十字型紙片的正面可以塗上一些圖案,讓紙片旋轉時更好看(如圖四)。

  製作完成後,就可以試驗效果了。將包著黑色磁鐵的竹筷插入大吸管,並將十字紙片放在大吸管上面,會被竹筷上的磁鐵吸引住(如圖五)。一手拿著吸管,一手拿竹筷前後來回滑動,十字紙片就會快速的旋轉起來了!(如圖六)

觀賞實驗影片(4.2M)

原理:(本原理說明,由王德麟老師提供意見,特此誌謝!)

  首先說明二個原則:

1.物體在運動過程會有轉動現象,主要是因為力矩不平衡(總力矩不為零)的因素。

2.本操作中,二個磁鐵不是平行的!如果互相平行,吸管上的磁鐵受到竹筷上磁鐵的吸引只會「移動」,而不會「轉動」。

  吸管上磁鐵會轉動的原理,以圖七為例說明;圖七的上面圓圈代表吸管上的磁鐵,下面的圓圈代表竹筷上的磁鐵。圖七中下面的磁鐵偏向右上(可以由竹筷控制偏右或偏左),當下方的磁鐵(竹筷)往前移動時(綠色箭頭),會帶動上方磁鐵移動。除了移動,因為A點比較靠近下方磁鐵,所以吸引力大於B點(紅色箭頭)。而由於兩個磁鐵在A點上隔著一層吸管相互貼近,磁鐵吸引力大於B點,磁鐵的吸引力增加了磁鐵與吸管表面垂直的正向力(紅色箭頭),也同時增加了摩擦力,降低了A點的移動傾向(藍色箭頭)。此外,如果磁鐵與吸管在A點直接接觸,可以把A點當作支點,讓(引力小較易移動)的B點邊移動邊繞著A點轉,因此磁鐵以順時針方向旋轉(紫色箭頭,由上往下看為順時針)。」

  當下方磁鐵運動方向相反時(與綠色箭頭反方向),上方磁鐵的轉動方向也會跟著改變。而且;上下的磁鐵南北極方向對調時,吸引力沒有變化,磁鐵的轉動方向也還是一樣(亦即二個磁鐵是N-S相對,還是S-N相對,旋轉方向都會一樣)。

  除了以吸管竹筷製作磁轉玩偶,還可以製作為小玩偶的方式,可以在桌面玩,例如圖八所示。製作方法請點選連結:「科學玩具柑仔店:磁轉玩偶」

叮嚀的話:

  購買的磁鐵不一定要依照版主買的尺寸,原則是磁鐵不要太大,要配合吸管的大小。而磁力也不能太強或太弱,磁力太強會互相吸引得太緊,不易轉動;磁力太弱則容易掉落。建議先各買一個不同的磁鐵,再試驗效果如何。

  在教學上,教師可以以更長的管子(例如PVC管)與木棍,製作更大型的旋轉玩具,讓學生更感驚奇。而學生可以在紙片上畫上不同圖案,讓旋轉時更漂亮。更開放式的教學是;準備多種磁鐵(包括不同形狀),以及不同大小吸管,讓學生自己討論與決定要使用的材料,以製作出旋轉效果最好的組合。

參考資料

 科學玩具柑仔店:(1) http://kingdarling.blogspot.tw/2013/02/blog-post_2982.html

             (2)http://kingdarling.blogspot.tw/2013/02/blog-post_8654.html