Phun

Phun是最近發現的一個軟體，之所以會搜尋這個軟體，是因為在製作電子白板的教具的時候，覺得電子白板要能產生教學上的作用，軟體是非常重要的一環。沒有適當的軟體，那電子白板的用途就很窄。

Phun這個程式，是我在Johnny Lee的網站上搜尋到的，這軟體是一個虛擬的2D物理世界。你可以在裡面任意的製作各種物體，任意的組合，並且看看組合起來會產生什麼樣的效果。

這軟體可以讓學生自由操作並且發揮創意去測試物理世界，或者在電腦上發明一些有趣的裝置，甚至作為機械設計的藍圖。以下的影片是phun網站的影片：


另外，phun這個軟體還有進階版，叫做Algodoo，功能更強大，加入了光學的功能。不過得花錢才能用就是了。以下的影片是Algodoo網站裡的影片。



我自己也用phun做了投石機、活塞、車子等等的裝置

投石機：


只要在youtube上，找關鍵字 phun 就可以搜尋到一大堆人家的作品，有一些真的是超強！

Wii 遙控器電子白板，遙控器架製作與課程執行小記

Wii遙控器製作

這是第二版的遙控器架，第一版的架子完全是用壓線條蓋做的，缺點是需要用魔鬼沾或是其他東西將Wii remote 固定在架上。第二版的則是用木板和壓線條蓋製作，可以直接嵌入，使用上比較方便。

木板選用飛機木，比較容易加工，重量也比較輕。將兩條壓線條蓋用熱融膠黏上


寬度必須要剛好等於wii remote的寬度，甚至可以稍微再窄一點點。



Wii remote 嵌入的樣子如下圖：



但是我在製作的時候，寬度還是稍微寬了些，所以在上面用了一點點熱融膠增加一點厚度，並且可以提高摩擦力。

接下來是下方腳架的部份。用兩條壓線條蓋，中間挖一個直接大約是5mm的小洞。讓軸可以穿過去就行了。我用的軸是壓克力管，其實應該用竹筷就行了。在壓克力管的兩端，用熱縮套套上，加熱讓熱縮套收縮後，把軸塞入腳架的孔裡面。利用熱縮套和腳架孔的摩擦力，來固定wii remote 的仰角。

製作好的照片如下：

抬頭


低頭



實際操作的效果如下的影片。其實我還沒有很習慣用這個東西上課，所以很多時候還是忍不住回去操作電腦了...



延伸閱讀：IR發射器製作與電子白板設置方式

Wii remote whiteboard

在網路上看到這段影片，內容是把Wii的遙控器變成IR接收器，然後用簡單的IR LED就可以當做滑鼠去控制電腦。若把電腦螢幕的訊息投影出來在螢幕上，就可以變成有數位白板的效果。


看到影片的隔天，我就去燦坤買了一個Wii remote，價格是一千出頭。接著又去電子材料行買了電池盒和IR LED燈泡，這些東西都很便宜，然後就開始組裝改造囉。使用的材料如下：



用一隻用光的白板筆，把筆心拆除。這種白板筆蠻適合的，因為開口在前方，容易拆卸。第一次製作時，用開口在尾端的白板筆殼製作，難度高的很多。另外還有壓力開關、電池、電池盒、電線、IR LED燈等等。



筆頭的地方塞進IR LED，白板筆的前端挖一個洞，將開關塞進去。把線都接上後（電路就是把1.5V電池、開關和IR LED燈串聯就可以）用熱縮套套上（這不用應該也可以，不過套上好像比較漂亮）電路的部份就完成了：如下圖。



接著將前面的LED燈，也用熱縮套套上，用吹風機吹到固定。將筆頭蓋回去，就變成一隻IR LED筆了。





上面的那一隻是第一隻，筆的開口在後方，所以電線要穿要焊接的難度都比較高。做出來也比較醜。第二隻漂亮多了。

實際操作的樣子如下影片：

富蘭克林馬達

利用底片盒、吸管等簡單的材料就可以做出轉的很好的富蘭克林馬達囉。
富蘭克林馬達這個裝置，幾年前看到的時候就想做，可是一直做不出來。今年九年級快要上到電學了，再度嘗試，結果終於成功了。

外觀如下：

用到的材料有：廢棄CD盤，寶特瓶蓋，鐵釘，圖釘或者鋁箔膠帶，壓條的上蓋，一些鋁箔和吸管。

轉子的基本作法和這篇一樣，利用底片盒蓋和底片盒容易密合及容易找到轉軸中心位置的特性，讓轉子容易製作的不錯。

只是底片盒上面不黏上吸管，而是在旁邊黏上鋁箔膠帶或是釘上圖釘。鋁箔膠帶的寬度和間隔就大概如照片這樣，我沒有特別為了這部份做最佳化，但是應該太過密集或太鬆都不行。

接著要做兩邊的架子，一邊要起電並和轉子上的鋁箔片接觸起電後排斥造成轉動，另一邊則是要將轉子上的電荷接地導出。

如此就會一直轉下去了。這裡有另一位老師的製作及解說，他做的很好，轉的超快！

架子的部份，我用之前做軌道時，不用的壓條上蓋來做。將壓條上蓋鋸下大約4cm的長度，然後比較一下轉子上鋁箔的高度，在相近的高度上，用熱融膠黏上一根冰棒棍或是迴紋針都可以。接著在冰棒棍或是迴紋針上黏上一條鋁箔膠帶

接著將兩個電線壓條架子用熱融膠固定在CD片上，固定的位置，要視轉子的位置而定。

簡單的說，就是架子上的鋁箔片要離轉子越近越好，但是不能影響轉子的轉動。兩個架子會在轉子的兩側，位置和方向都是相對的。如上圖。

轉動的樣子如下，請參考：

靜電的教具

利用光碟片、飲料蓋、底片盒、釘子、吸管，就可以製作出有趣的靜電教具。
首先，先看一下材料


有廢棄的光碟片、寶特瓶飲料蓋、底片盒（Fujifilm的較佳）、釘子

步驟
1.先把底片盒的蓋子外緣切除，上圖中的底片盒蓋就是已經切除外緣的樣子。因為接下來要將底片盒蓋塞入底片盒中。將外緣切除之後，差不多就剛好可以塞進底片盒裡。

2.將底片盒中央塗上一些熱融膠。可以看到底片盒蓋的正中央有一圈圓圓的凹進去的地方，那個地方是要讓鐵釘抵住的地方，不要碰到熱融膠，不然轉起來阻力太大。


這個凹洞也是我挑選fujifilm的底片盒的原因。

3.將一小段吸管垂直底片盒蓋黏上去。如下圖：


4.接著把這個組件塞到底片盒裡面。


底片盒蓋現在就是在底片盒的底部，蓋子的凹洞朝著底片盒口。



5.再來製作基座。這部份很簡單。就把瓶蓋黏到光碟片上，然後再把一根鐵釘黏到瓶蓋上。


6.最後把一根吸管黏在底片盒盒底，然後把底片盒倒放在鐵釘上就可以了。鐵釘的位置因為受吸管的限制，所以轉動的時候會比較穩定不會亂跑。
成品如下圖：


實際操作的狀況如下面的影片：

另外若將吸管兩邊套上鋁箔，也可以進行金屬的感應起電或者接觸起電的實驗：

用手或毛皮摩擦過的吸管，應該帶有負電。所以可以找其他的材質來相互摩擦之後，和用帶電的吸管測試電性。（不過好像要用摩擦起電，讓其他物質帶夠多的電還真是不容易）

軌道教具ver.3

第三版的軌道教具。這次的教具都用螺絲夾住壓條的方式來固定壓條。固定的強度佳，而且軌道可以保持平整，調整的空間也大。基座的兩塊木板，用兩條壓條連接。蓋子蓋上後，就可以固定兩塊基座木板，並且可以調整木板的距離，讓軌道高低改變。


第三版這樣的作法，軌道的形狀比較漂亮，組合軌道的選擇較多，調整軌道的方式比較容易。但是無法放在黑板上掩飾，軌道的半徑調整的幅度也不大。



這次通通用螺絲鎖著木板，讓軌道從螺絲中間嵌入。



可以視需要調整軌道。



兩個360軌道，或三個軌道都可以。



調整基座木板的距離，就可以調整軌道的高度。當兩塊基座靠近時，軌道就會變高變陡。

實際運作影片如下：



實際實驗的時候，從22cm高的玻璃彈珠滾下時，可以爬上20cm高的軌道。但要繞過直徑為28cm的360度軌道，卻要56cm高（4R）才行。前者的誤差約為10%，後者的誤差高達48%。來源應該都在摩擦力上。

滾球軌道進階版

之前用一公尺長的電線壓條製作了一個滾球軌道。原來的設計這個教具的用意是想說明力學能守恆。讓滾球在不同高度滾下時，用攝影的方式測得滾球離開軌道時的末速度，就可以回頭推算末速度是否等於(2gh)的平方根。但是由於摩擦力和滾球滾動的模式並非純滾動也非純滑動的緣故，實驗的結果再現性極差，因此這個教具就無法以定量的方式說明力學能守恆。頂多觀察到球放的越高，末速度越快。但我想以國中來說，這樣也還算ok吧。

將滾球軌道用磁鐵固定在黑板的樣子


這個進階版的軌道，有幾個改進的點，第一個部分，就是我用三條壓條組合成約三公尺的軌道。軌道接合處很難可以接的很漂亮。在軌道需要彎曲時，張力也很大，所以要固定起來很不容易。



這是第一個接合處，利用兩塊木板來接合。木螺絲鎖在軌道外面，讓軌道裡面平整。不過這樣的鎖法會讓軌道的兩邊變形。如果球較大時，滾動時反而會受到干擾。這裡有用美工刀和砂紙稍微修整。



這是第二個接合處，是將另一段軌道鋸下來約15cm，用背膠黏合後，再用螺絲鎖死。這裡是當軌道彎曲時，張力很大的地方。很不容易固定。而且螺絲必然會在軌道面上造成干擾。

進階版的另一個設計是，可以調整圓形軌道的半徑。作法是，將軌道的中間切開一條約2mm寬，20cm長的縫，然後在木板上以兩根比較大的螺絲鎖起來，這樣軌道就可以在螺絲上滑動調整圓的半徑。



圓較大時的圖：



圓較小時的圖：



最後在軌道的起點和終點各黏上一根壓克力管，並黏上一個磁鐵（這磁鐵是另一個教具上用的，但是已經不需要了）如此一來，這個教具可以固定在黑板上，也可以利用鐵架固定在桌上。老師可以視需要調整教具的位置。







實際操作的影片如下：



以下是一點原理的介紹：
物體在軌道運動時，若在無摩擦力，純滑動的情況下，要讓物體能夠繞360度一圈的話，在360軌道的頂部時至少需要 V=(gR)^0.5(R為圓形軌道的半徑）的速度才能繼續沿著軌道進行圓周運動。因為物體在軌道頂點時，會至少受到重力mg向下。若此時物體的速度小於V的話，則重力會大於進行圓周運動所需的向心力，球就會往下拉。

當物體到底部的時候，速度會變為(5gR)^0.5，這裡用力學能守恆計算就可以，高度差距2R時，從高點到低點，位能釋放2mgR，動能也會增加一樣多，速度就會從(gR)^0.5增加到(5gR)^0.5。所以要讓物體順利的通過軌道，初始高度必須為2.5R

但若物體為球體時，假設在純滾動的情況下，由於部分的能量會用在滾動上，所以在360軌道的頂部時，移動的速度若為(gR)^0.5，移動的動能為1/2mgR的話，總動能應該為1/2mgR * 1.4 = 0.7mgR。所以球釋放的高度必須比360軌道的頂點多0.7R出來，也就是在純滾動的情況下，球必須在2.7R的高度釋放，才能順利通過。

但是若軌道沒有繞一圈，只是單純的高低起伏的話，在沒有摩擦力或者純滾動的情況下，只要釋放高度高於軌道的最高點，就可以通過軌道。

不過這軌道太過粗糙，無法做出這麼好的結果。但是從上面的影片可以很清楚的看出來，要讓球滾過360軌道，球的起始高度，比單純高低起伏的軌道，高的多。可以做定性的思考與講解。


p.s在我思考用電線壓條來製作軌道教具的時候，剛好我們學校辦了一個研習，請了建中的羅芳晁老師來演講。結果剛好他也用相同的材料做了軌道的教具。這個教具的木板和木螺絲，就是羅老師提供的。羅老師是將一公尺的軌道鎖死在一塊木板上，並且製作發射器撞擊木球，使木球有初速度之後滾過360度的軌道。適合用在趣味科學競賽上。