#7403R-CN

EXPERIMENTS 創新科 技系列

8+ 71 年齡

數量

# 7403R

5

模型

頁序 目錄 & 產品特色

P1

給家長們的建議＆注意警告事項

P2

零件表

P3

地球的大氣與分層＆空氣的驚人力量

P4

鳥為什麼能在空中飛翔

P5

人類也能飛嗎？

P6

螺旋槳原理

P7

車子、船、直升機、水翼船

P8

模型 1 飛機

P9-12

模型 2 螺旋槳車

P13-15

模型 3 船

P16-17

模型 4 水翼船

P18-19

模型 5 直升機

P20-21

瞭解橡膠（橡皮筋）

P22

產品特色 ˙本產品零件材質所特選的竹榫，是智高經過百般測試與研發，找到最堅韌又輕的材質， 讓飛機可以在空中穩定飛翔。 ˙螺旋槳葉片經過特殊的設計，讓模型在飛行中更快更穩固。

學習 ˙22 頁彩色說明書詳細示範五種模型組裝，除了詳細的組裝步驟外，還有進一步的原理 與應用說明。 ˙智高橡皮筋動力模型顛覆以往玩具飛機的概念，一般玩具飛機大多是電動的，才能真 的在空中飛翔；或者是利用空氣平衡的滑翔翼，像紙飛機飛行的概念在空中滑行。 ˙ 螺旋槳，讓孩子在玩樂的過程中，了解飛機飛行的原理。 ˙各種模型讓孩子了解交通工具的原理，例：「為什麼船不會沉下去？」

創新 智高有別人沒有的想像力，創造出利用橡皮筋來產生動力的螺旋槳飛機、直升機、水 翼船，跑車等。加入自己獨一無二的經驗與想法，引導孩子擁有自己獨特的企圖心與 創意思考，讓孩子玩得開心、也玩得安心。

1

給家長們的建議 ˙ 透過這個科學遊戲實驗組，您的孩子可以從遊戲中學到有關物理的升力與彈力概念。經由每個組裝

的步驟，除了可以培養孩子們學習思考能力，更可以帶領孩子們進入大自然動能的領域。 ˙ 請詳讀教學手冊內的安全注意事項。建議您可以依照說明書裡面的步驟組裝模型。很快地您就可以

知道如何組裝零件並且創造出您所想要的各種模型。 ˙ 這是一組適合八歲以上兒童的玩具。它可以幫助孩子們在組裝各種模型的過程中探索並學習。 ˙ 本產品不適合三歲以下幼兒使用，小零件可能會被誤食或不慎吸入，造成窒息危險。 ˙ 注意不要把組好的模型往他人或動物身上丟，並確保他人及動物都在模型的射程之外。 ˙ 所有戶外的飛機實驗都需要有父母或其他成年人的陪伴。 ˙ 彩盒以及說明書包含了重要的資訊，請確實收好。

˙

在使用這套產品的同時，我們建議您在至少 30 公尺長寬的空地上來讓飛機飛行。同時可利用浴缸或 是兒童游泳池等較為安全的戲水區域，來讓船航行。

注意 ˙ 不要讓孩子拿橡皮筋對著物品或他人彈射，避免可能會造成的傷害或物品的損毀。 ˙ 當把竹榫插入零件時要格外地小心，如果用力過度的話，它們可能會分岔、裂開甚至折斷，都有導 致受傷的危險。

警告 這組玩具並不適合 3 歲以下的幼兒使用 其中包含小朋友可能吞食的細小零件 請將玩具放在幼兒無法取得之處

2

零件表 1 x1

2 x1

3 x1

4 x1

5 x1

6 x4

7 x2

8 x4

9 x2

10 x4

11 x1

12 x8

13 x2

14 x4

15 x2

16 x2

17 x2

18 x1

20 x6

23 x2

19 x4

22 x6

21 x4

24 x2

26 x2 25 x1

27 x1

3

1

鼻錐

2

勾子固定器

3

H型連接器

4

螺旋槳勾套

5

螺旋槳勾扣

6

十字連接器

7

150度連接器

8

翼肋

9

自轉軸

10

五孔長條側二孔

11

橡皮筋勾

12

紙卡固定鈕

13

尾翼連接器

14

短結合鍵

15

角度轉換器

16

碳纖維自轉軸

17

三孔長條

18

五孔超長條

19

車輪

20

90mm竹棒

21

220mm竹棒

22

橡皮筋

23

浮筒

24

飛機主翼

25

螺旋槳

26

橢圓尾翼

27

板手

地球的大氣與分層 大氣層中主要的氣體包含 78％的氮、21％ 的氧，有 1％則是綜合了其他的各種氣體， 而這樣的比例是不會改變的。地球的大氣 層厚度約 600 公里，聽起來很厚，但如果 你把整個地球畫成一個半徑 64 公分的圓 形的話，大氣層的厚度就只有 6 公分，而 飛機飛行的高度離地球表面也只有 1~2 公 厘的距離。

增溫層 中氣層 平流層 對流層

11,000 ～ 20,000 公尺的對流層至平流層 是最適合飛機飛行的高度，由於對流層的 氣流太不穩定，也容易產生許多氣候現象 （如降雨等）。平流層由於溫度恆溫，相 較之下氣流穩定，多半在溫度較高的夏季 時刻，由於雲層多出現在較高的位置，導 致飛機只好從雲層下方通過的情形就會增 加。

圖1

空氣的驚人力量 我們看不見空氣，很難想像空氣有多大的力量。 舉個例子，生活中我們常常使用吸盤附著在牆壁 上，然後吊掛物品，完全就是靠空氣力量的幫忙。 把吸盤用力下壓將內部空氣排出，在吸盤的外面 就會產生空氣壓力，將吸盤緊緊壓在牆壁上。 1 大氣壓為： 2 1 平方公分能承受的力為 1 公斤 (1kg/cm ) 假如吸盤的表面是 15 平方公分（15cm 2 ） 那我們就可以得知 15 平方公分乘以 1 公斤 等於 15 公斤（15cm2 x1kg/cm 2 =15kg） 也就是說吸盤外面的空氣壓力是 15kg

圖2

( 想想看，這個吸盤可以掛多少重量的東西而不會掉下來呢？ ) 4

鳥為什麼能在空中飛翔？ 自古以來，人類就一直抱持著能夠在天 空翱翔的夢想，也許是羨慕鳥類那樣徜 徉於寬廣空間的自由，人類很早就開始 研究鳥類的飛行原理，就是夢想著有一 天能運用這些原理飛上天，而人類也真 的做到了！ 鳥類飛行的方式不只一種，有必須不斷 拍打翅膀的小文鳥，也有在空中盤旋滑 翔的老鷹。我們透過放大過後的慢動作 飛行影像仔細觀察，會發現鳥不是只有 上下拍動翅膀而已，牠們的翅膀會有點 像我們游蝶式時的手部動作，往下的時 圖3 候會像外延伸，往上的時候會往內縮小。 ( 圖 3)

鳥類用這種拍打翅膀的方式去感受空氣的力量，牠們利用空氣沿著翅膀上方流動，並將空氣向後方推 去的方式，會接收到一個更大的力量，這個力量就是升力。

升力產生的原理 與前進的方向相反，並往相反方向拉扯 的空氣力量稱為「阻力」；而與前進方 向垂直，並往上拉提的空氣力量稱為「升 力」。升力是怎麼來的呢？這取決於空 氣的密度、速度、黏性以及可壓縮性。 空氣通過物體不同的表面積、形狀，以 及與物體之間形成氣流的夾角，它們之 間的關係是非常複雜的，直到後來出現 「伯努利定律」（Bernoulli's law）直接 將它定義出來。( 圖 4)

升力

圖4

伯努利定律（Bernoulli's law） 伯努利定律（Bernoulli's law）是由瑞士物理學家丹尼爾 ˙ 伯努利（Daniel Bernoulli）於 1738 年發表的理論《Hydrodynamica》，這個定律簡單來說，就是「流體流速越大，壓力越小」。他 從牛頓運動學中的能量守恆觀念「動能＋位能＝定值」而推導出伯努利定律「動能＋壓力＝定 值」。也就是說，當流體的流速變大時，由於能量守恆，故壓力一定減少。

飛機就是利用這個定律飛行於空中，「一物體周圍的流體流速如果不同，流速快的一方壓力會較 小，而使得周圍壓力向流速快的一方壓迫。」如果物體可以移動，通常會受到此種壓迫力的作用， 而朝向受力方運動。飛機的背部設計成弧形，而腹部設計成平面，就是讓背部的空氣流速快，從 而讓壓力大的機體腹部空氣支撐起飛機的重量。

5

人類也能飛嗎？ 達文西 ˙ 李奧納多（Leonardo Da Vinci 西元十四～十五世紀）對鳥類做了許多研究，嘗 試發明讓人類得以飛行的飛行器。他所繪製的撲翼機，就是仿造鳥類的羽毛結構，然而經 過長時間的研究之後，達文西最後的結論是，人類想要靠自己像鳥類一樣靈巧的飛行是不 可能的。

在十九世紀末時，人們開始思考向前進與上升力量是分開的兩種力量的可能性，取代了像 鳥類一樣拍打翅膀上升前進的思維。 人類首次的滑翔飛行是 在 1891 年， 一 位 叫 做 奧 托 ˙ 李 林 塔 爾（Otto Lilienthal） 的 德 國 人， 他 在飛行與鳥類上做了許多 的研究與實驗，最後終於 成功的製造出滑翔翼，在 空中停留遨翔。( 圖 5)

圖5

萊特兄弟 (The Wright brothers) 受 到 奧 托 ˙ 李 林 塔 爾 (Otto Lilienthal) 成功發明滑翔機翼而 獲得很大的啟發，不過他們最後 還是拋棄了奧托的方式，使用自 己 發 明 的 技 術， 終 於 在 1903 年 發明出人類史上第一台飛行器。 他們利用螺旋槳的力量，向前推 動進而產生升力。 他們還製作了讓飛機能夠上下左 右調整方向的舵，這也是人類有 史 以 來， 首 次 不 是 任 憑 風 向 控 制， 而 是 可 以 自 己 控 制 方 向 的 「飛機」。( 圖 6)

舵

螺旋槳

圖6

6

螺旋槳原理 在我們要了解飛機為什麼可以利用螺旋 槳向前飛行之前，要先了解兩個原理： 「 伯 努 利 定 律 」 和「 作 用 力 與 反 作 用 力」。「伯努利定律」先前已經討論過 了，飛機在設計葉片形狀的時候，根據 伯努利定律使葉片上下產生壓力差，空 氣速度也有差值，以此獲得向前的動力。 當螺旋槳在旋轉的時候，它的葉片會不 斷地把大量空氣往後推，把空氣往後推 的同時，反作用力就會在葉片上產生一 個力往前推，這就是所謂的「推進力」。 螺旋槳推進飛機的原理，完全跟火箭、 噴射機等等飛行器不同。

圖7

如果你只截取一小段螺旋槳的葉片來看，它長得就跟一片機翼相同 ( 如圖 7 箭頭所指 )，所以在轉動的 過程中，因伯努利定律而產生升力，只是這個升力方向是向前的，稱之為「推力」，是將飛機往前推進。 螺旋槳有很多不同的種類，有單槳、雙槳、三槳以上等等。也有依推力方向來分類，如拉力槳（也稱正 槳），和推力槳等等。

作用力與反作用力 牛頓的第三定律，他是這樣描述的「每 施一作用力於物體時，物體必給予施力 者 一 反 作 用 力， 作 用 力 與 反 作 用 力 的 大小相等，方向相反（施用於不同的物 體），且作用在同一直線上，兩者同時 發生且同時消失。」 舉個例子：當你用力的推牆壁的時候， 牆壁同時也會將反作用力作用於你身上。 你推得越大力，反作用力也越大。 另外一個例子：當你游泳的時候，你用 腳蹬池邊的牆，蹬得越大力就可以往前 漂得越遠。這也是一個作用力與反作用力的例子。( 圖 8)

圖8

像這種在生活中的例子不勝枚舉，作用力與反作用力充斥在我們的生活中，而我們每一天幾乎都會用到。

7

車子 飛機的力量關係和汽車類似，假設汽車為 了持續以時速 80 公里的速度，行駛在平坦 的道路上，駕駛就必須用相同的力道踩踏加 速器，讓加速器能夠一直停留在一定的位置 上。這是因為輪胎和地面會產生摩擦力，以 及車子往前進時空氣抵抗會產生妨礙力，也 就是汽車是因為阻力而往前進。而行駛中的 汽車就是因為持續發出和阻力相同大小的力 量，所以能夠以時速 80 公里的速度行駛在 路上。因為若用力踩加速器往前進時，只要 產生比阻力還要大的力量，汽車就會加速前 進。反之，若阻力比較大時，汽車就會減速。 圖9

在汽車的發明史上，也有用螺旋槳當作輔助動力的車子。1912 年至 1936 年這段時間法國人就曾十分迷戀 螺旋槳推進的汽車。 如這台搭配雪佛蘭引擎的〔飛翔的阿根廷人〕，於 1955 年時曾計畫在美國加州大規模生產，但由於螺旋 槳會造成極大的風速，後來汽車業在安全考量下不再研發相關的配備。( 圖 9)

船 船能夠浮在水面上靠的是浮力，阿基米德浮力原理就是：物體在液體中所受的浮力 = 物體浸在液體中相同 體積的液體重。也就是說，若物體的重量大於相同體積的液體重時（物體密度大於液體密度），則物體所 受浮力小於物體的重力，物體就會下沈；若物體的重量小於相同體積的液體重（物體密度小於液體密度）， 則物體所受浮力大於物體的重力，那物體就會上升。

直升機 直昇機的升力產生原理與機翼相似，只是這個升力是來自於繞固定軸旋轉的旋翼（就是直昇機上方的槳， 旋翼並非螺旋槳，雖然在原理上兩者幾乎相同）。旋翼不像飛機依靠整個機體向前前進來使機翼與空氣產 生運動，而是依靠自身旋轉產生與空氣的相對運動。

水翼船 水翼船 ( 圖 10) 是一種高速船。船身底部 有支架，裝上水翼。當船的速度增加，水 翼提供的浮力會把船身抬離水面，大大減 少水的阻力而增加航行速度。

圖 10

8

飛機 模型 1 所需零件 2

3

4

5

6

7

8

11

x1

x1

x1

x1

x2

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x4

x1

13

16

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20

21

x2

x2

x2

x3

x4

22

24

26

25

x4 x2

x2

x2

x1

標誌面

1

2

21 一比一尺寸位置

9

模型

1

飛機

21

3

21

4

5

高曲線側

小提示 小朋友請參考下圖 的零件尺寸後再依 分解圖組裝喔！

21

220mm 10

飛機 模型 1 21 一比一尺寸位置

小提示 小朋友請參考下圖 的零件尺寸後再依 分解圖組裝喔！

6

高曲線側

21

11

模型

1

飛機

20

X2

7

20

箭頭為上緊 橡皮筋的方 向，若方向 錯誤會有喀 喀聲音。

完成

★建議轉 80~100 圈

12

螺旋槳車 模型 2 所需零件 1

2

x1

3

x1

4

x1

5

x1

x1

11

12

13

14

x1

x6

x1

x4

19

20

x4

6

7

x4

x2

10

x2

15

16

17

x2

x2

x2

21

x4 18

x1 23

x2

x6

9

x2

25

26

22

x1

x1

x3 x2

1 2

標誌面

21

3

一比一尺寸位置

21

13

模型

2

螺旋槳車

一比一尺寸位置

4 21

6 5 20 20

20 20

7 X2

X2

20

14

螺旋槳車 模型 2

8

9

★建議轉 60~80 圈

完成

15

箭頭為上緊 橡皮筋的方 向，若方向 錯誤會有喀 喀聲音。

模型

3

船

所需零件 2

3

4

5

6

7

10

11

x1

x1

x1

x1

x4

x1

x4

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x8

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x4 23

x2 x3

21

x2

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x1

x2

1

2 標誌面

3 21 21

16

船 模型 3

4

共兩組

21

5

6

共兩組

7

20

20

★建議轉 60~80 圈 20

箭頭為上緊橡 皮筋的方向， 若方向錯誤會 有喀喀聲音。

20

8

完成

17

模型

4

水翼船

所需零件 2

3

4

5

6

x1

x1

x1

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10

10

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x2

x2

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22

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25

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x2 x3

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x1

x2

1

2 標誌面

3

4 21 21

18

水翼船 模型 4

5

X2

6 7

20 20

★建議轉 60~80 圈 箭頭為上緊橡 皮筋的方向， 若方向錯誤會 有喀喀聲音。

完成

19

模型

5

直升機

所需零件 2

3

4

5

7

10

11

13

x1

x1

x1

x1

x2

x2

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20

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x3

x2

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x4

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x4

x1

x2

1

標誌面

2

3 21

21

20

直升機 模型 5

4 20

5 X2

20

20

X2

★建議轉 80~100 圈

6 箭頭為上緊橡 皮筋的方向， 若方向錯誤會 有喀喀聲音。

腳架 飛行時移除腳 架，可以飛得 更高喔！

21

完成

瞭解橡膠（橡皮筋）

橡膠是一種有彈性的聚合物，可以從植物的樹汁中獲取，也可以人為的合成出來。 我們廣泛的應用橡膠，例如輪胎、橡皮筋等等。 橡 皮 筋 是 在 1845 年 由 英 國 的 一 家 橡 膠 工 廠 的 老 闆 史 蒂 芬 ˙ 派 瑞（Steven Perry）所發明出來。在我們的日常生活中，橡皮筋隨處可見，在菜市場裡到處都 是用橡皮筋綁起來的食物袋，便當也是用橡皮筋固定住讓蓋子不會打開。可是你 知道為什麼橡皮筋能夠有這些用途嗎？ 我們會用橡皮筋來做固定最主要就是因為他有彈性。有彈性的橡皮讓這些綁起來 或固定的動作變得很容易，想想看，如果今天換做用一條沒有彈性的繩子來當便 當帶，會發生什麼事呢？ 橡皮筋的組成成分為異戊二烯的聚合物，英文名稱為 polyisoprene，所寫為 PI， 單體的異戊二烯的分子式為 C5H8。當我們在用橡皮筋來做動力時，最主要是依靠 橡皮筋的彈力而產生扭轉力，因為扭轉變形的橡皮筋想要回復原狀，進而產生動 力讓模型前進。 小知識： 物理學有一個「虎克定律（Hooke's Law）」，是力學中彈性理論的 基本定律之一，敘述為： 在彈性限度內彈簧的伸長 ( 壓縮 ) 量與所受的外力成正比 F = kx F：彈簧所受的外力 k：彈力常數 x：彈簧的伸長 ( 壓縮 ) 量 虎克定律是由英國力學家虎克（Robert Hooke, 1635-1703）於 1678 年發表的，虎克與牛頓同時代，都是極為傑出的物理學家。

貼心小叮嚀： 如果橡皮筋不見了或是彈力疲乏了，沒關係，你可以 用在家裡隨處可得的一般橡皮筋，自行製作一條來使 用，只要照著圖示的方法，製作夠長的長度即可。

22

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