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   

魔鬼螺旋

只會旋轉,不會前進也不後退的螺旋

材料:鐵絲

操作步驟與現象:

這是一個被稱為「魔鬼螺旋(Mephisto Spiral)」的趣味科學玩具,會令人感到驚訝與疑惑。操作方法與現象如下:

1.魔鬼螺旋的成品如圖一所示,是二條鐵絲製作的螺旋互相連結在一起,每條螺旋約15公分長,互相連結的部分約五公分長

2.操作時,左右手分別拿著魔鬼螺旋的二端,然後雙手往外拉(如圖二),螺旋會開始旋轉,似乎要旋轉出來,但是旋轉好幾圈之後,二條螺旋還是沒有分開!

3.拉開一定距離後,雙手再互相推近(如圖三),螺旋會反方向旋轉,似乎要旋轉進去,但是旋轉好幾圈之後,螺旋互相連結的長度依舊還是沒有變化!這是怎麼回事呢?

觀看實驗影片(13.8M)

原理:

二條鐵絲螺旋其實是互相卡住的,亦即螺旋互相連結的部分並不會移動。製作時二條螺旋的旋轉方向必須不一樣,一個左旋、一個右旋。互相卡住連結之後,左手與右手往外拉時,螺旋會從手中滑出來,由於外觀看不出螺旋由手中滑出來,會以為螺旋一直在旋轉出來。反之左右手互相靠近往內推時也一樣,螺旋會滑進手中。如此就會形成螺旋一直在轉進轉出,但是連結的部分卻一直沒有變化的視幻覺現象。

本操作注意事項:

1.以鐵絲製作螺旋時,可以將鐵絲在簽字筆(直徑約1公分)上纏繞大約十圈取下來後,必須調整螺旋之間的間距,建議間距的距離大約為2公分(以能夠順暢滑動為原則)。

2.製作上,如何讓螺旋互相連結的部分卡住是關鍵步驟,方法如圖四,在鐵絲的螺旋頭部以尖嘴鉗彎折,以勾住另一條鐵絲,另一端也是同樣方式處理。如果還是卡不住,也可考慮用焊槍將兩端焊接起來,但是要注意避免焊接痕跡太明顯

3.必需使用較硬的鐵絲來製作,不要使用太軟的鋁線或錫線。

4.操作時,兩手是以食指、大拇指拿著鐵絲,同時兩手的手掌要儘量蓋住鐵絲螺旋的二端(如圖五),不要讓鐵絲露出手掌外面,避免觀看者看到,以增加驚訝度。

叮嚀的話:

1.製作好的鐵絲螺旋務必保持平直,以使能夠滑順的拉開與推進。

2.螺旋的迴旋直徑建議避免超過1.5公分,因為太大會不容易在手中滑動

3.雖然螺旋的間距是否平均一致,是影響操作順暢性的因素之一,不過此因素的影響不是很大。

4.在教學上,可以指導學生觀察與討論:(1)螺旋的間距太長有何缺點?太短又有何缺點呢?(2)為什麼二根螺旋的方向必須一左旋、一右旋呢?方向不能一樣嗎?

參考資料:
  YouTube影片