2011年2月18日 星期五

spacerail

最近在賽先生科學玩具購物網上買了一個spacerail玩具,主要是覺得很好玩,一方面也覺得這個可以拿來講解能量的轉換、加速度運動和圓周運動等主題。所以就買了。這東西在台北市科教館有擺了一個,那個spacerail非常棒,除了位能、動能的變化外,還有聲音、彈簧、碰撞等等的變化,設計非常的精緻巧妙。

賽先生的網站寄貨速度還蠻快的,但是負責送貨的新竹貨運搞了一點烏龍。我在網站上有註明送貨時間是下午6:00~9:00,結果他下午兩點就送來了,結果我還在上課也不知道怎麼收件,只好另外約時間。我記得黑貓好像不會這樣...

貨送來之後,隔天拿到學校打開就開始製作。(可不能在家裡做,在家裡恐怕還沒完成就會被小朋友毀掉了)

來開箱~

寄件者 spacerail 3


不知道是不是擺了有點久,箱子有點破舊。不過沒關係,裡面的東西完整就好。內容物如下:

寄件者 spacerail 3


一開始把一些零件組裝起來,過程還蠻順利的,不會太複雜,只是手會痛而已。組裝軌道才是真正麻煩的地方。而且如果照著說明書上裁出的長度來組裝的話,都會太短(囧)還好裡面給的塑膠軌道長度大概比真正需要的還多了兩三公尺,所以下一次如果要裁切軌道的話,我想大概每段要比說明書上寫的多裁個50公分出來會比較有把握。

也因為我裁的第一段軌道太短了,所以最後的軌道設計就和說明書的設計有一點不同。花了幾個小時,終於組完了Orz...


寄件者 spacerail 3


組完其實還沒完,還要試幾次車,看鋼珠在哪裡會卡住、掉落或停住等等,再把細部調整好,就能順利運轉了。


寄件者 spacerail 3


轉彎的地方,軌道要向內傾斜,和公路、鐵路的設計相同,這是為了讓正向力來增加圓周運動所需要的向心力。


寄件者 spacerail 3


這是用電能旋轉,轉換成鋼珠的位能的裝置。這裝置的原理,阿基米德在幾千年前就發明了。(以下圖片來自維基百科)

現在這裝置仍被使用在一些汲水設備上。


寄件者 spacerail 3


這個軌道最難搞的應該就是這720度旋轉的軌道了。主要是塑膠軌道的張力還蠻大的,每一段的軌道長度也很長,不太容易塑型,常常這邊鎖定了,另一邊就鬆掉了。但其實這個軌道可以裁減,然後玩具裡面有內附小鋼絲,可以把裁剪的軌道連接起來。下次有經驗就知道可以這樣做啦。

這720度的軌道不但難組,也難調整。軌道的高度在沒有摩擦力,鋼珠也沒有旋轉的時候,半徑R只能是鋼珠最高點的0.4倍,如果考慮鋼珠旋轉和摩擦力的話,那就更少了。這邊我調了很久,最後終於可以運行了。

鋼珠可以從頭跑到尾的瞬間,真的還蠻開心的。

鋼珠送出來的瞬間

寄件者 spacerail 3



中間的一小段(鋼珠有用閃光攝影記錄,但是不太清楚)

寄件者 spacerail 3


下面這張比較清楚,有加速的感覺

寄件者 spacerail 3



寄件者 spacerail 3


打開電源,就可以把鋼珠往上送

寄件者 spacerail 3


這玩具總共給了三個鋼珠,應該可以自己去太原路五金行多買幾個相同size的鋼珠,一起放進去。

晚一點把能量轉換、圓周運動和阿基米德螺旋抽水機的原理和這個spacerail寫成一張海報,貼在教室後面,就可以讓學生閱讀和操作了。

2010年11月19日 星期五

用Algodoo製作虛擬眼球

之前介紹過一個軟體叫做Phun,是一個可以虛擬物理世界的軟體。我也用了這個軟體做了幾次虛擬的實驗

Phun是一款免費的軟體,Algodoo可以說是phun的進階版,但是要收費。algodoo和phun最大的差別,就是algodoo裡面有光學的套件。可以把物體調整為透明的,也可以調整折射率。也可以做出雷射筆作為光源。

於是我就想可以利用這些套件做眼球的虛擬教具。其實只要對凸透鏡成像夠熟悉,眼睛的成像原理並不難。在黑板上畫個圖就行了,不過因為algodoo很好玩,所以就決定來做這個教具。作法如下面的投影片:


相簿在此

眼球製作完畢後,實際使用操作的影片如下:



2010年11月18日 星期四

隨身版的孔特管

想做孔特管已經一陣子了,前一陣子在中大辦的物理示範教學年會蘇裕年老師展示了自製的孔特管,效果非常好。所以自己也想要真的做出一個孔特管。

要做孔特管需要幾個東西:訊源、揚聲器、透明的長管子、保麗龍球。其中訊源的部份,要去買訊號產生器,但是這個東西實在很貴。所以就四處找尋替代方案,最後找到了這個軟體,這可以調整輸出的頻率,從40Hz~2000Hz,雖然調節的精度不算很高,可是也夠用了。

但是notebook當做訊源還不夠隨身,在生物趴辣客2的時候,熱血彥文老師分享了一個smart  phone的app,是可以發出高頻率噪音的。本來的用意是可以看耳朵能聽到多高的聲音,但因為軟體可以發出從40Hz~20000Hz的訊號,所以也可以拿來當做訊源。

接下來是揚聲器。一開始我是去買了一顆約4吋的全音域喇叭,但是要讓喇叭叫,還要接一個擴大機,雖然可以用,但總是有點麻煩。直到我找到了X-mini2 max,這東西體積小,聲音大,內建鋰電池,兩顆可以拆開獨立使用。所以其中一個給了小孩接上ipod nano,當他的語言學習機,另外一顆就當做孔特管的揚聲器了

接著是透明管子。最容易取得的方式,就是去壓克力行買一根管子,但是一次要買兩公尺,價格和半徑有關。要做到比較好的話,可能要價300~800元不等。想了幾次還是沒買。最後決定用大根的量筒替代。效果也不錯啦,玻璃材質還比較能防靜電。

保麗龍球其實去買就可以了,3mm的買一包也不貴。另外就是有一種枕頭裡面有聚酯小球的,也可以。我是把前幾年學生做科展買的大片的保麗龍一顆一顆拔下來,就成了。

實際操作的影片如下


11/19日更新

由於在iPhone app store找到一個更棒的訊號發射軟體,可以微調發射頻率。精度為1Hz,所以就可以調整到保麗龍球不要亂跑的頻率,確實量出一些實驗數據。

實驗影片如下


測量結果為:兩個波腹的距離約略小於20cm,發出的頻率為897Hz, 當時的氣溫以電子溫度計測量為攝氏22度。

兩波腹的距離為波長的一半,所以波長約為40cm,乘上897Hz,得到358.8m/s的波速。若只考慮聲音受氣溫影響的話則實際的聲速為

331 + 0.6x22 = 344.2m/s

這樣還蠻準的唷!

2010年9月16日 星期四

阿腦想呼吸,於是有了肺

光是一顆腦是活不下去的,又不是太空突擊隊的田教授。

所以我就弄了一個肺給他..

寄件者 阿腦


有肺當然就得要有胸腔肋骨脊椎骨,鼻子氣管支氣管和橫隔膜。

臉上鑽了兩個洞當鼻孔,兩根滴管當氣管,經過頸部到胸腔...

寄件者 阿腦


背後的部份,大腦連著頸骨、脊椎骨,一路往下(我亂畫的)...然後胸腔的脊椎骨連著肋骨..

寄件者 阿腦


前面則是胸骨連著肋骨

寄件者 阿腦


吸氣時,隔膜下降,肺部充氣...

寄件者 阿腦


吐氣時,隔膜上升,肺部壓縮...

寄件者 阿腦


這樣有沒有很kuso....接著恐怕要做消化系統了...

2010年9月15日 星期三

搞笑的阿腦

因為參加生物趴辣客的關係,抽獎抽中一顆大腦。當時忘在會場,還麻煩月鈴老師幫我保管,今天才拿到。可是由於果凍蠟的特性,拿到的時候已經塌掉了,變成扁大腦。所以我拿到之後,就開始想,能夠對這顆腦做什麼加工呢?從師大分部騎車到家前,就想到一個主意:把腦子放扭蛋裡面,這樣上半部是透明的殼,可以觀察大腦。下半部是半透明的殼,可以畫上臉。就變成


寄件者 阿腦



寄件者 阿腦


其實這顆扭蛋的下方有兩個洞,我還想把這兩個洞各自加上管子,一個變成呼吸系統,一個變成消化系統...希望可以成功

2010年9月10日 星期五

頻閃燈與閃光攝影

九年級上到「速度」單元的時候,都會有個用打點計時器的實驗來說明速度的概念。但是我不喜歡打點計時器。原因是打點計時器的頻率並不穩定,嚴重的話,甚至會有走走停停的狀況發生。只要打點的頻率不穩定,時間的因素控制不佳,用打點的距離來理解速度的活動,就失去意義。
另外就是當打點計時器敲在紙帶上的時候,明顯會讓紙帶煞車,所以等速運動的紙帶根本就不會是等速運動。
所以我就決定用頻閃燈和照相機來拍攝閃光攝影,記錄球的軌跡來說明速度的觀念。裝置如下:

寄件者 頻閃燈做加速與等速運動的實驗
器材:照相機、頻閃燈、投影機、腳架、尺、黑色軌道、球

照相機必須要能有快門先決功能。快門長度可以自由調整,我通常都調1~2秒。另外相機最好有影像傳輸線,能直接把影像用VGA或HDMI的線傳到投影機,就不需要經過電腦了。事先把訊號線接好,只要相機切到檢視相片功能時,就可以將影像傳給投影機了。

頻閃燈只要能穩定的輸出閃光就可以。

黑色軌道:為什麼軌道要黑的呢?因為閃光攝影會連續曝光1~2秒鐘,通常都會太亮。如果軌道是淺色的,那就會整個白掉,球會看不清楚。所以球的背景以黑色的比較好。

上圖是用兩隻1公尺的鐵尺放在黑色實驗桌上作為軌道,同時可以讀取距離的資料。

實驗作法:
1.打開頻閃燈,調到10Hz
2.半按相機快門鈕,讓相機對好焦。(如果有手動對焦模式,也可以事先對好焦)
3.把球沿著軌道滾出,按下快門拍攝
4.將相機功能切成檢視相片,就可以把實驗結果投影到螢幕上了

接著就可以在白板上(我直接把白板當螢幕,就可以任意書寫)標出實驗結果,計算,示範速度的觀念。

寄件者 頻閃燈做加速與等速運動的實驗
上面這個圖是用大玻璃珠做的,所以會有亮點。而且DC在檢視圖片時,可以放大檢視。所以實驗結果可以看的更清楚。


2010年9月2日 星期四

RGB混光裝置2010

幾年前,做了一個RGB混光裝置,效果還不錯。但當時採取的方式是用三個電源控制三個燈泡。這樣做的原因是如果用一個電源驅動三顆並聯燈泡的話,會造成某個燈泡電流過小的問題。
今年去中大參加了物理示範教學年會,看到林宣安老師示範了一個類似的裝置。但是他只用了一顆12V的鋰電池就驅動了三個燈泡。詢問之下,才知道他用串連可變電阻的方式來解決這個問題。
所以回來之後,就立刻將舊的裝置接上可變電阻,果然就可以用一組電源驅動三個燈泡了。接著我就想要把整個裝置做成更精緻的樣子。可惜我之前拿到的高功率LED已經用完了,只好另外買一般正常的聚光LED。

另外更新的裝置還有電源和燈泡座的部份。

材料如下:RGB LED燈泡各一個,單切開關三個,100歐姆可變電阻三個,USB母頭一個,放光碟的布丁筒一個(高度約4~5cm)3pin杜邦端子三個。

單切開關,我選擇2pin的,其實3pin也無所謂都可以。

寄件者 光與顏色教具
100歐姆可變電阻和旋鈕
寄件者 光與顏色教具
旋鈕其實可以不用買,但是為了愛漂亮也只好買了...可變電阻有三隻腳,要接的是右邊兩隻腳。這樣的話旋鈕向逆時針轉到底時,電阻最大(燈泡最暗),順時針轉到底時,電阻最小(燈泡最亮)。如果沒把握的話,拿個三用電錶測一下電阻,比較保險。

接下來是USB母頭。可以看到上面三隻腳,下面兩隻腳,共五隻腳。但其實我們只需要兩隻腳。就是上面三隻腳的最左邊和最右邊。

怎麼知道呢?只要接上電,用電錶量一下就知道了。左邊那隻是高電位,右邊那隻是低電位的。因為LED的正負極不能弄錯,所以USB電源這邊也不能弄錯。
寄件者 光與顏色教具
接下來這個是3pin的杜邦端子,上面有三個孔,連到下面三隻腳,這樣只要把下面其中兩隻腳焊上電路,上面的孔就可以插LED燈泡,當做LED燈座。LED燒壞的時候更換就很方便。(wiimote的IR pen也可以用喔,所以我買了一堆)(感謝鄭永銘老師告知名字)
寄件者 光與顏色教具
布丁筒應該就不用講了,首先先把布丁筒在三等份的地方挖出一個長方形和圓形的洞,讓開關和可變電阻可以穿過去。布丁筒剛好在三等份的地方都會有一個突出來的,可以扣住底盤的形狀,所以只要抓那個位置就可以了。裝好之後,就要開始布線。線路其實很簡單,就是一個電源,並聯三個電路。三個電路中都有一個燈泡、一個開關和一個可變電阻串聯。就可以了。

寄件者 光與顏色教具
寄件者 光與顏色教具
整個組合起來的樣子如下圖
寄件者 光與顏色教具
RGB的開關和調光位置是120度的間隔,剛好可以搭配色環來講解混光源裡。上方再用fuji底片的底片盒當做燈罩。

LED插在底座上,更換很方便。
寄件者 光與顏色教具

開燈的樣子如下面三張圖:
寄件者 光與顏色教具
寄件者 光與顏色教具
寄件者 光與顏色教具
由於LED是聚光型的燈泡,所以會集中在某處。接著來看一下混光的效果


燈罩打開後,可以看到燈泡

寄件者 光與顏色教具
電源就用usb就可以了,只要你有電腦或者USB充電器,都可以用...
寄件者 光與顏色教具
用USB電源的好處是它有5V,扣掉給可變電阻的電壓,應該差不多是可以讓3V LED承受的電壓。不過我選用USB電源的最主要原因,還是因為我覺得USB電源比較炫啦...

最後來看看三顆燈泡一起開,外面再墊一層塑膠免洗杯當燈罩的效果

寄件者 光與顏色教具
應該可以感覺到白色的效果了

出外攜帶這個教具的話,其實還是用電池比較方便。所以我就把一條壞掉的USB線,剪下公頭。裡面有四條線(紅黑綠白),用一個電池盒接上USB公頭(紅接紅,黑接黑,綠白不用管)就變成隨身版的教具了。

其中這個USB電池盒,還可以拿來幫我的手機充電...實在讚!