有趣的科學童玩—羽球筒的回收再利用DIY

文.圖/李祐宗

現在的教育現場逐漸重視學生DIY 能力以及環保觀念的養成。筆者鑑於個人運動習慣,身邊時常有不少的空羽球筒,這種長條圓筒狀的空盒子在生活中其實並不少見,與其相似的有洋芋片的空筒等。每當我看到這些用完的空筒,時常想這種漂亮的空筒子丟掉實在可惜,若能拿來作些勞作亦是不錯的選擇。因此,筆者利用了幾個空筒做五個科學或實用童玩供讀者參考。

1.空氣砲

材料準備:羽球筒1 個、氣球一個、絕緣膠帶、筒蓋。

一、 原理:空氣由許多的氣體分子所組成,由於在不同的溫度、氣體及壓力的作用下,氣體的分子運動狀況會隨之改變,同時也造成氣壓的改變。空氣砲即利用氣體在瞬間造成擠壓產生壓力,所產生的壓力會往氣壓低的方向流動(即空氣砲的開口方向),就可製造出空氣砲的效果。空氣砲的製作很簡單,我們可利用氣球的彈性將筒內的空氣經過氣球的拉、放而瞬間改變氣體體積,將筒內的空氣往空氣砲的開口擠壓出去。
二、 製作步驟:
1. 將氣球剪開,吹口打結後套至羽球筒蓋,然後用絕緣膠帶固定(見圖1、2)。
2. 將另一端的孔蓋鑽洞,作為空氣炮的發射口(發射口徑的大小與發射空氣的威力有關)。

氣球吹口打結,並剪掉一部分圖1  氣球吹口打結,並剪掉一部分。

氣球套至羽球筒筒蓋並用膠帶固定。圖2  氣球套至羽球筒筒蓋並用膠帶固定。

2. 免插電手機音響

材料準備:羽球筒一個、海報紙筒(孔徑較羽球筒的孔徑小)、手機、保麗龍膠。

一、 原理:在廁所中用手機放出的音樂聲響要比在客廳放出的音樂來得大聲,唱歌也是如此,為什麼呢?因為聲音藉由空氣傳播,在大空間中聲音的能量會因傳播距離的增加而逐漸降低其能量,此時若空間有障礙物,聲音將會由撞到障礙物的氣體分子傳遞回來而增加音樂的聲響。傳統的大聲公玩具即是利用這種原理(見圖3),將紙張捲成喇叭的形狀,留一小開口,嘴巴從開口講話,聲音的能量將會集中傳遞出去,因此音量顯得較為大聲。羽球筒製作的手機音響也是運用相同的原理,利用集中聲波的方法將聲波集中由筒的左右開孔傳播出去。

大聲公原理,箭頭方向為聲波傳遞方向圖3 大聲公原理,箭頭方向為聲波傳遞方向。

二、 製作步驟:
1. 將一羽球筒對切成兩半,裁切後的兩個羽球筒在相同的位置上挖洞,接著在兩洞內裝進口徑較小、已裁切好的海報紙筒,以保麗龍膠固定。
2. 將海報紙筒中間挖出可以放置手機大小的洞口,欲使用時可將手機音樂打開,音樂聲將因聲波被球筒集中之緣故,使聽者覺得較大聲(見圖4)。
使用時將手機的喇叭口放入海報紙筒內即可圖4  使用時將手機的喇叭口放入海報紙筒內即可。

3. 萬花筒

材料準備:羽球筒一個、壓克力鏡面、亮片、筒蓋、透明膠帶。

一、 原理:萬花筒的原理係利用物體不斷經過不同鏡面的反射而呈現出數量非常多且具對稱性的圖形,而鏡子的數量與彼此之間的角度會影響物體的成像數目。以我們平常照鏡子的經驗來說明,因為鏡子只有一面,所以我們在鏡中的成像只有一個,若用三面鏡子組成正三角形的形狀,再將一物體擺在正三角內部任一位置,則三面鏡子會分別對其他兩面鏡子反射,彼此交錯就會產生無限多面鏡子,而擺在中間的物體亦會對不同的鏡面反射,造成的像再對其他鏡面不斷反射,最終就造成無限多的像,故稱萬花筒。
以下為方便讀者了解,筆者以geogebra(免費軟體)進行模擬萬花筒(見圖5 ~8 ,圖中物體為正五邊形)。假設我們不考慮鏡子的反射情況,就單三面鏡子來說,只要中間擺放一物體,就會因為反覆反射而造成無限多的像。若中間的物體移動位置,所成的像也會跟著移動。

模擬萬花筒

二、 製作步驟:
1. 依據球筒的內徑選擇適當的鏡面寬度(三個鏡面的萬花筒每片寬度約5.4 公分),裁切適當大小的壓克力鏡面並以透明膠帶固定鏡面之組合(見圖9)。

將組合好的鏡面放入球筒圖9  將組合好的鏡面放入球筒。

2. 根據鏡面長度裁切適合的羽球筒大小。
(剩下的部分可作存錢筒)
3. 將鏡面放進裁切好的羽球筒孔蓋、放入亮片,另一端的鑽洞作為目視鏡。由於羽球筒蓋皆是白色透光之設計,故萬花筒的光源不是問題。(見圖10)

萬花筒之成像圖10  萬花筒之成像。

4. 紙筒

材料準備:羽球筒兩個(依據需求可調整數量或長度)、膠帶。

一、 原理:利用羽球筒堅硬的材質可保護圖畫紙、壁報紙等。製作時可因應不同的圖畫紙或壁報紙長度,適當的組合數個羽球筒。
二、 製作步驟:欲將球筒延長,可將數個羽球筒間以膠帶或其他方式固定,羽球筒固定處不可放置孔蓋,使用時將欲放入之壁報紙或圖畫紙捲起收納即可(見圖11)。

紙筒完成品圖11 紙筒完成品。

5.自動分類存錢筒

材料準備:羽球筒、L 型透明夾、筒蓋數個。

一、 原理:我們是否常因為要分類錢幣而煩惱不已,其實我們可以利用手邊的資源回收物做一個錢幣分類存錢筒。國內的錢幣有50 元、10 元、5 元及1元,直徑也各不相同,我們利用此原理將筒蓋挖出適當的大小,第一個底部筒蓋挖出比50 元小、比10 元大的孔徑, 如此便能分離出50 元與其他錢幣;第二個底部筒蓋挖出比10 元小、比5 元大的孔如此便能分離出10 元與其他錢幣;第三個底部筒蓋挖出比5 元小、比1 元大的孔徑,如此便能分離出5 元與1元,而1 元將會落至第四個筒子。
二、製作步驟:
1. 將羽球筒以適當長度分成四段,由上往下將分別存放50 元、10 元、5 元及1 元硬幣。
2. 前三段的底部裝一筒蓋,每個筒蓋挖開適當大小的洞,以供存錢時會自動分類(見圖12)。

錢幣已分類完畢圖12 錢幣已分類完畢。

3. 為連接每段存錢筒,第二段到第四段的上半部用L 透明夾裁切適當大小黏貼於上(見圖13)。

每層之間以L型透明夾裁切作為連接各層用圖13  每層之間以L型透明夾裁切作為連接各層用。

4. 使用時可將各段連接,拿錢時亦可輕易分開取出。留意筒蓋的組合順序,否則無法分離四種錢幣。

 

李祐宗  澎湖縣立湖西國中教師、澎湖縣國教輔導團

 

07/24/2015 15:51

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