磁浮陀螺 — 樂與學|星島教室

2023-05-25 01:43

大家還記得幾年前有一套有關陀螺的動漫嗎?當時同學們雖然不能帶陀螺回校,但同學們會發揮他們的小創意,把自己的橡皮擦改裝成一個小陀螺,他們在橡皮擦上加上鉛筆或其他工具作為陀螺的軸心,發揮了無限的創意,在小息時便與同學們大決鬥一番。 

反思一下,陀螺是一個引人入勝的玩意,但其實同時也是一個很好的科學探究主題,甚至我們可以引入磁浮陀螺,大家也認識「磁浮」和「陀螺效應」嗎? 


陀螺效應 

「陀螺效應」是指重力對高速旋轉中的陀螺,產生的對支撐點的力矩不會使其發生傾倒,而發生小角度的進動。簡單而言,就是物體轉動時的離心力會使自身保持平衡。其實我們踏單車時,亦是運用了這個原理去保持平衡。 

不知道大家有沒有嘗試過,單車在沒有人控制之下,我們用力把單車推出去,它也能在一定時間保持平衡,沒有倒下來;又或者當我們踏單車快要跌下時,只要稍稍加速,車身又會再保持平衡? 

這都是與陀螺效應有關,因為當車輪的轉動速度愈快,車輪的傾斜角度便會愈小,車身便愈見穩定,愈容易保持平衡,就好像轉動陀螺時一樣。 


磁浮 

「磁浮」是一種利用磁的吸力和排斥力來使物件在空中浮動,而不依靠其他外力的方法。透過利用電磁力來對抗引力,可以使物件不受引力束縛,從而自由浮動。 

在2002年中國亦建立了第一條磁浮列車綫,現時,中國已是世界上最大規模高速鐵路網的國家;而在2021年,中國更成功研發時速600公里的高速磁浮列車,比現時內地的高鐵速度快近一倍,未來更有望突破時速1000公里。 

由此可見,磁浮的運用在我們日常生活中已非常普及。 


磁浮陀螺培養正向價值觀 

當磁浮原理加上陀螺時,除了可以成為一件有趣的玩意外,還能激發小朋友對新事物的好奇心,鼓勵他們探索未知領域和創新思維的能力。 

此外,磁浮陀螺需要多個部件組合而成,小朋友需要互相協調、溝通和分享,才能製作一個完整的磁浮陀螺。這有助於培養良好的團隊合作精神和溝通能力。 

學習和製作磁浮陀螺需要小朋友付出時間和精力,進行多次(逾百次)測試和調整每隻角的高度,找出磁力場互相排斥產生懸浮效果的平衡點,才能讓磁浮陀螺轉動和浮起來,從中磨練他們的堅毅精神。 

陀螺與托盤的磁場互相排斥,令陀螺磁浮。
陀螺與托盤的磁場互相排斥,令陀螺磁浮。

 

本校同學亦應用磁浮陀螺,發明了一個讓人們紓緩壓力的裝置。大家可掃描右面二維碼觀看示範。
本校同學亦應用磁浮陀螺,發明了一個讓人們紓緩壓力的裝置。大家可掃描右面二維碼觀看示範。

 

同學利用磁浮陀螺紓緩壓力。
同學利用磁浮陀螺紓緩壓力。

 


反思問題 

1.你還找到更多運用磁浮或陀螺效應的生活例子嗎? 

2.磁浮列車怎樣利用磁鐵的特性? 


答案: 

1.例如︰當我們拿着手機轉動,屏幕也跟着轉動。磁浮風扇,亦應用在我們電腦上,特點是寧靜,而且轉速很快,可以幫助散熱。 

2.磁浮列車利用磁鐵的異極相吸、同極相拒,不斷轉換磁場,令列車懸浮半空中並向前推進。 


參考資料: 

1.鄧文瀚(2020)。《玩轉STEM拆解12款玩具的科學原理》。香港:萬里機構出版有限公司。 

2.許江寧(2009)。《陀螺原理及應用》。中國:國防工業出版社。 


文:中華基督教會基灣小學(愛蝶灣)副校長郭宇田、中華基督教會基灣小學(愛蝶灣)主任陳國銳 

本欄逢周四刊登,由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿,旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料,引發學生探求知識的興趣,將學習融入生活,培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。 

 

延伸閱讀:

加密,究竟有幾秘密?|星島教室

〈天問〉|星島教室

 

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