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   

懸浮風車

如何讓風車漂浮又會旋轉呢?

器材:環形磁鐵、竹籤、紗網、膠帶、塑膠片、吸管

操作過程與現象:

  這是一個讓風車漂浮又會旋轉的玩具,製作方法如下:

1.取約15公分長的竹籤,將二個環形磁鐵套進竹籤中,二個磁鐵相距約3~5公分,如圖一。注意:二個磁鐵的磁極方向必須同極相對(N極相對,或S極相對),也就是互相靠近時會排斥。

2.以相同方式總計製作三組,每一竹籤上二個磁鐵的距離與磁鐵方向要完全一致。

3.完成後,將二根套好磁鐵的竹籤並排,方向為互相靠近時會排斥,然後以膠帶黏貼固定在板子上。如圖二,二根竹籤的距離約3~5公分(磁鐵磁力越強,距離可越遠)。

4.將第三根竹籤的尾部以強力膠黏貼小風車葉片,小風車可用紙張製作或是取用玩具的小螺旋槳。注意:第三根竹籤的方向和二根貼在板子上的竹籤的磁鐵方向必須一致,如此可因為互相排斥而浮在二根竹籤上方。

5.取一長方形塑膠片(可用大橡皮擦代替),先以膠帶黏貼一小片紗網(如圖二左方),再固定在木板上。注意:固定塑膠片之前,必須先試驗塑膠片與竹籤的恰當距離,確定後才能固定,不能隨意黏貼。試驗方法是將第三根竹籤放在固定的二根竹籤正上方(如圖二),可以發現上方的竹籤會因為位置偏右或偏左,而往右跑或是往左跑。圖二塑膠片的位置就是因為竹籤略微偏左,會往左跑,以塑膠片擋住竹籤往左的運動,因而竹籤可以懸浮。換言之,塑膠片的位置,是配合上方竹籤可以往左運動位置,但是塑膠片也不能太靠左邊,否則上方竹籤會因為與下方磁鐵距離太遠,失去排斥力,無法懸浮而掉下來。

6.完成後,首先確定上方竹籤是否可以平穩的懸浮?尤其注意竹籤是否保持水平,沒有傾斜?確定後,打開電風扇或是用吸管對著小風車吹氣,懸浮風車就會快速的旋轉起來囉!

★註:塑膠片上紗網的作用是:放置竹籤時,竹籤的尖端會自動滑進紗網的網孔中(如圖三),如此可讓竹籤在旋轉時,不會偏移位置而失去平衡。

觀賞實驗影片(0.49M)

原理:

  由於三組竹籤的磁鐵位置都一樣,因此會因為同極相斥而懸浮。假設6個磁鐵的距離完全一致,成為完美的對稱,上方的竹籤可以保持懸浮靜止。但是實作上很難或不可能剛好維持在平衡中心,因此上方的竹籤必然會因為排斥力而往右運動或是往左運動。在製作上,調整上方的竹籤略微偏左,竹籤就會往左運動,我們再以塑膠片擋住竹籤往左的運動,就可以使竹籤保持懸浮了。

叮嚀的話:

1.在製作上,底部的二根竹籤可以改為:不使用竹籤,而將四個磁鐵直接黏貼在板子上(注意距離與磁極方向)。

2.維持風車的平衡是最關鍵的程序,因此務必確定磁鐵之間是否維持等距離,而且方向要有一致性,不能有所偏向。

3.自行製作或選用的風車,不能太大,以免旋轉時碰到底部的板子。

4.在教學上,建議可以指導學生觀察與討論以下問題:(1)將磁鐵改為強力磁鐵,風車懸浮的高度有何變化?(2)討論如何使懸浮風車得的轉動更穩定?比賽誰的風車可以承受較強的風力(旋轉更快),而不會失去平衡掉下來? (3)改變磁鐵的間距,對於懸浮高度以及平衡效果的影響如何?(4)增加磁鐵的個數,例如改為每組3個磁鐵(共計9個),對於懸浮高度以及平衡效果又是如何?(5)發揮創意,設計更為酷炫的懸浮風車,例如:可以同時有二組的懸浮風車嗎?(底部增加一組竹籤,成為三組竹籤,上方的懸浮風車就可以有二部囉!)甚至,可以設計成為一部「懸浮風力發電機」嗎?

參考資料:

1. Toys from Trashhttp://www.arvindguptatoys.com/toys/levitation.html

2. YouTube影片:(1) http://www.youtube.com/watch?v=L5NrqN6gDFA

(2) http://www.youtube.com/watch?v=YfAC0NtSOGs&NR=1