國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

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翻筋斗骨牌

看過會翻筋斗的摺紙骨牌嗎?

※器材:摺紙

操作過程與現象

本實驗延伸自「會運動的摺紙」的第二個實驗,摺紙的方法如圖一,摺好後如圖一(5),由於上面有二層,下面只有一層,因此重心比較高,只要輕輕一推就會倒下來,而且會翻一個筋斗。

本實驗將多個摺紙依序擺放,就可以成為會翻筋斗的摺紙骨牌(如圖二),摺紙骨牌之間的距離似乎太遠,無法碰到。但是骨牌會翻一個筋斗之後,再推倒下一個,相當有趣。而且除了排成一直列,也可以排成彎曲形喔!(如圖三)。

文具行的摺紙通常是邊長15公分的正方形,將摺紙摺好後,兩兩骨牌之間的距離必須為18公分,太短或過長都難以推倒下一個。而且請注意:摺紙的時候請務必仔細和精準!例如「對摺」時,就要確實的對準二分之一,避免左右或上下有不平均的現象,否則就不容易成功。

觀看實驗影片(10.2M) 

原理

摺紙骨牌會翻筋斗,是因為將二層的摺紙放在上面,一層的放下面,使得重心偏高,因此摺紙倒下來時,重力位能轉換為動能,提供了足夠的能量,使得摺紙能夠繼續運動而翻筋斗。

摺紙翻筋斗時,移動的距離如圖四、圖五所示。首先,摺紙由倒下來到再度直立,移動的距離,如圖四的紅色ㄈ字形,其距離為:

 

此距離的計算,如圖五所示(紅色線段的部分)。

其次,摺紙翻面直立之後,再倒下來要推倒下一個摺紙(如圖四的左側),最佳角度為45度,因為摺紙由直立倒下來時,落下的垂直距離越大,重力位能轉換為動能的程度越大,換言之要有一定的距離讓摺紙倒下來。但是和下一個摺紙的接觸點,最好是該摺紙的上半部,如同想要推倒物體,我們會去推物體的上方,而不是推物體的下方。因此摺紙倒下來45度,再碰撞下一個摺紙最理想,其距離為:

 

所以二個摺紙之間的距離,為上式(1)+(2),而一般的摺紙的邊長d為15公分,代入計算得:(1)+(2) = 18.1公分。因此二個摺紙骨牌之間的距離應為18.1公分。

叮嚀的話

1.再次提醒在摺紙時,務必仔細以求精確,不能操之過急,否則推倒骨牌常會中斷喔!

2.只要謹慎小心,量好距離並確認每一個摺紙都是二層的朝上,直線形的骨牌很容易成功。而轉彎形的骨牌,難度較高,其中18公分的距離以骨牌之間的中線為準。

3.在教學上,可指導學生進行以下實驗與討論:(1)分組競賽直線形骨牌,中間有停掉必須重來,比賽那一組可以推倒最多的骨牌? (2)比賽哪一組讓骨牌轉彎180度,使用的摺紙數量最少?(3)國中以上學生,可以討論骨牌之間的距離(如圖四、圖五),是如何計算得到的?

參考資料

許良榮(2009)。會運動的摺紙。《玩出創意4:55個玩樂科學實驗》(167頁)。台北:五南圖書公司。