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鸡蛋撞地球策划书

发布时间:2013-10-17 13:33:15  

策划书

鸡蛋撞地球是初见于20世纪80年代英国科促会青少年部组织的青少年科技活动,利用生鸡蛋、降落伞材料、缓冲包装材料等制作装置使鸡蛋撞地而不碎。

背景材料

鸡蛋撞地球的活动于20世纪80年代初见于英国科促会青少年部组织的青少年科技活动,后由香港数理教育学会的老师们引入香港并在中小学生中开展;至90年代初,上海中国福利会少年宫将其进一步改进,并在上海青少年中组织开展,受到青少年们的欢迎;其后,广州物理教学研究会的老师们又在广州组织青少年进行“鸡蛋撞地球”比赛,吸引了众多青少年爱好者参加。

活动目的

学习应用创造性思维方式去选择解决问题的最佳方案;尝试动手动脑相结合的创造方式。

活动准备

生鸡蛋、降落伞材料、缓冲包装材料等。

活动内容

在日常生活中大家早已熟知,生鸡蛋从桌上掉到地下,就会摔破。这不就是“鸡蛋撞地球”吗?不然,我们这里所说的鸡蛋撞地球,不仅鸡蛋与地面的距离要远远大于桌子的高度,而且还要满足两个其它条件。

1、鸡蛋下落的高度

在鸡蛋撞地球活动中,要求鸡蛋从15—20多米高度下落与地面相撞,即要求参加活动的同学们从4—6层楼房的阳台或窗口使手中的鸡蛋下落。

2、要使鸡蛋撞地而不碎

可以从两方面加以考虑:一是延长鸡蛋与地面撞击时的相互作用时间,这可通过用普通容器(容器的材料、形状、结构不限)包装鸡蛋来实现;二是降低鸡蛋撞击地面前瞬间的

速度,这可以通过在包装容器上加起减速作用的降落伞而实现。

不过,还要考虑的是,鸡蛋须落入划定的圆圈,这就增加了难度。同学们要通过不断思维,不断设计、试验,不断进行选择,最可贵地是要运用每个人的直觉。

我们相信,同学们通过上述活动,一定能有所发明,有所创造;许多可以保证鸡蛋撞地而不碎的巧妙装置,会在大家灵活的手指上诞生。

(一)设计分析

根据前面的分析,我们已经明确了设计的关键的问题,接下来就是进行方案设计,通过收集有关资料及调查,目前比较成熟的方案有以下几种:

1、降落伞型:

降落伞型,顾名思义,就是利用降落伞,增大空气阻力,以使鸡蛋连同整个装置平稳落地。

这种方案最容易想到,因为跳伞、宇宙飞船减速,都运用了这个方法,效果很好。安全性极高,使整个装置达到较小的速度即可匀速下落。装置的重量也不会很重。唯一的缺点就是:受大气扰动影响太厉害,会使实验装置飘忽不定,准确性较差,往往不能落到指定位置,从而影响了比赛成绩。

2、外包装型:

外包装型,就是用较多的减震材料将鸡蛋严严实实地包裹起来。比如泡沫、棉花、各种填充材料等。通过这些材料的缓冲作用,达到保护鸡蛋的目的。

这种方案也较容易想到。平常生活中用各种填充材料保护贵重用品的方法相信大家都见到过。这的确是一个有效的方法。这种方案

由于受空气阻力影响很小,所以准确性较高。由于所使用的材料都是密度极小的,所以可将整个装置的重量降到最低。但美中不足的是:整个装置是自由下落状态,到达地面时的速度较大,因而对装置的坚固度和缓冲效果要求较高,安全性稍差一点。

3、不倒翁型:

不倒翁型,就是使整个装置像不倒翁一样,把重心尽可能降低,使得装置下落时能保持稳定状态,确保始终让一个面着地。那么保护工作只需要在这一个面做好就行了,从而节省了材料。

这种方案充分考虑到了上一种方案可能出现在空中翻滚现象,经过改进形成的。其可靠性远远高于第一种方案,材料更节省,准确性更高。美中不足的就是为了确保装置的重心降低,势必要在底部放上一个质量较大的物体,这就大大加重整个装置,将影响比赛成绩。

4、多面体型:

多面体型,就是把整个装置制作成一个多面体,将鸡蛋用结实的绳子固定在多面体的中央,使整个鸡蛋悬空。装置落地后,不论哪个面着地,鸡蛋都不会着地,鸡蛋就完好无损了。

这种方案无需额外的材料,只需要制作多面体的骨架和几根线即可,用料极其节省,因而重量会大大降低。因受空气阻力较小,所以稳定性较好。但这种方案也有一个大的缺点就是多面体不易扎制,结实程度不高,落地后可能会散架,鸡蛋也就岌岌可危了。

5、双气球型:

双气球型,就是将鸡蛋放在一个气球中,充入一定量空气,在外

面再套一个气球,充入适量空气。这样两层气球之间就会形成一个气垫,会使鸡蛋免受地面的冲击。

这种方案所用材料应该是所有方案中最省的,重量只是两个气球的重量,几乎可以忽略不计。但这种方案有一个致命的缺点就是两层气球之间有一块是紧密接触的,没有气垫的保护,如果此面着地,一切都完了。另外,由于重量太轻,受空气扰动影响,其稳定性也不是很好。

6、螺旋桨型:

螺旋桨型,就是在整个装置上方安置一个螺旋桨,靠流动的空气推动或遥控,使螺旋桨旋转起来,以提高安全性和准确度。这极像直升飞机的飞行原理。

这种方案因螺旋桨的转动而减小了装置下落的速度,安全性更高。如果是遥控,准确性也会很高。问题是如何保证螺旋桨始终朝上,螺旋桨一旦不朝上,准确性将无从谈起。如何保证螺旋桨平稳旋转也是一个问题。

7、滑翔机型:

滑翔机型,顾名思义,就是将鸡蛋悬挂在滑翔机下方,整个装置就会在空气中滑翔,最后会平稳地降落。

这种方案准确性极差,降落地点不确定。如果不限制落地点的话,这无疑是一个好方案,安全性较高。在这种比赛规则下,不提倡这种方法。

8、盐水型:

盐水型,就是配一个密度很大的氯化钠溶液,让鸡蛋漂浮在上面,

落地后盐水就充当了缓冲材料,保证鸡蛋不破。

这种方案新颖独特,用盐水作缓冲,安全性较高,受到空气阻力影响很小,准确性较高。但装置不易控制,如果装置在空中翻滚,盐水洒出,就起不到保护作用了,因此,一定要保证装置重心要稳,并且尽可能降低。这种装置的重量问题也是不容忽视的,毕竟,盐水的密度要比泡沫大得多。

9、吸管组型:

吸管组型,用几根吸管绑在一起做成吸管组,将几组吸管组搭成金字塔形,将鸡蛋夹在中间,用胶条固定。吸管由于是中空的,可以起到缓冲作用。

这种方案材料来源广泛,重量轻,体积小,因而准确性较好。至于安全性嘛,可能要差一点,吸管的缓冲作用毕竟有限。

10、综合型:

综合型,就是将几种保护措施结合起来使用,造出的装置也是五花八门。

综合型装置的安全性肯定会大大提高,这是毫无疑问的。准确性很难说究竟是提高了还是降低了。不过有一点可以确定,那就是装置的总重量大大增加,可能会影响比赛成绩。

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上面大体介绍了十种方案。其实还有很多方案,就不一一列举了。不难看出,这十种方案各有利弊,很难找出一个十全十美的方案。而且,各种方案的偶然性较大。以上仅是从理论层面对各种方案进行

了分析,实际操作中会有各种意想不到的事情发生。

比赛时当时的天气状况、场地情况、装置制作情况、鸡蛋的大小和形状等,都会对比赛结果产生一定影响。

1、天气状况的影响:

天气状况对这种比赛的影响可以说是非常大的。主要影响是风力的大小。理想的天气状况应该是几乎没有风,这样才能保证一些需要借助空气阻力来减速的装置能够平稳降落。如果风太大,那么降落伞型、螺旋桨型、双气球型等类型的实验装置就会在风中摇摆不定,准确性会很差,安全性也会大大降低。

2、场地情况的影响:

场地情况的好坏直接影响了比赛成绩。这里的场地场地主要是指装置落地的场地。理想的场地应该平坦、松软,这样会大大增加成功的几率。这次比赛场地是大理石水平地面,坚硬无比,这就要求我们的装置一定要结实,缓冲效果要好。

3、装置制作情况的影响:

装置制作的好坏具有很大的不确定性。试验时试验成功并不代表着在正式比赛中会成功。因为试验时整个装置从十几米高的地方落下,会造成装置整体或局部的损坏,如果再用试验过的装置去比赛,这些损坏造成的影响便会显现出来。会让认为安全可靠的装置出现意外情况。如果再制作一个新的装置,即使原理跟试验时的装置一模一样也无法保证制作得和试验时的装置没有差别,问题往往就出现在这细小的差别上。

4、鸡蛋的大小和形状的影响:

也许你会问:鸡蛋的大小和形状还对试验效果有影响吗?回答是肯定的。如将大小不等的一筐鸡蛋晃几晃,你会发现:大的鸡蛋先破,小的鸡蛋后破。由此可以得知:小的鸡蛋更结实一点。如果拿两个蛋壳厚薄不同不一样的鸡蛋相碰,一定是蛋壳薄的鸡蛋先破。由此可以得知:蛋壳厚的鸡蛋更结实一点。另外,形状规则的鸡蛋由于受力均匀,会比不规则的鸡蛋结实。因此,所用鸡蛋太长、太圆、太扁或鼓出一块、凹下一块都不行。选择鸡蛋的时候一定要注意

由此可以看出,这种比赛中许多不确定因素都是人们难以预料的。对于前两种影响,对每一个参赛者都是公平的。条件好对大家都好,条件不好对大家都不好。对于后两种影响,要求我们一定要细心,力求将装置调试得完美无缺,比赛时才能确保万无一失。

(二)方案的构思和确定

经过上述的分析,根据实际情况,我们构思了以下几种方案,

分别见如下草图:

A 多面体型

(1)长方体泡沫外壳

(2)柔性填充物

(3)减速塑料袋

(4)细线

(5)防弹海绵双面胶

B 热气球型

(1)可乐瓶外壳

(2)固定鸡蛋塑料袋

(3)缓冲、固定网状海绵套袋

(4)减速塑料袋

(5)细线

(6)防弹海绵双面胶

以上两种方案所用结构简单、取材容易、制作成功率高,由于

方案A是一种传统式普及型的方案,而方案B是一种新型的结构,也许是一种首创的设计方案。因此我决定选用方案B来制作。

三、 制作模型

1、绘制图样

“鸡蛋撞地球”的设计图样

2、制作步骤

(1)所用材料:鸡蛋一个、可乐瓶一个、透明塑料袋大小各一个,套苹果用的网状海绵套一个、细线、海绵双面胶一个,双面胶一个。

(2)工具:剪刀

(3)按设计图样划线

按设计图样的高度在可乐瓶上划线,把网状海绵套按三等分划线,

(4) 按要求剪切、钻孔

用剪刀把可乐瓶按划线处剪切,然后在上开口下约1厘米处沿相互垂直的对角线处的壳体上穿四个小孔,把网状海绵套剪成三等分,剪两条约20厘米的细线,

(6)装配

先把鸡蛋装在小塑料袋里,使鸡蛋两端沿竖直方向放置,可用双面胶把鸡蛋和塑料袋固定,再沿鸡蛋体的最大直径处套上三层海绵套(用双面胶固定),使这个装置刚好能放进可乐瓶,然后把塑料袋贴在塑料袋的上端开口处,使鸡蛋按规定位置固定。

把细线在四个小孔分两边系好,线的上端分别分别和大塑料袋的两边系好。

在塑料瓶的底部按塑料瓶的底部大小贴上海绵双面胶。

四、 测试、评估及优化

测试时,首先,一定要将自己的装置对准投掷点。再次,投放时使落地面朝下,确保重心稳定,装置的这种姿态一定要求重心最低,才会避免装置在空中翻滚、摇摆、抖动。最后,尽量将装置置于所允许高度的最低点,这样下落高度就会降低,装置落地时的速度就会降

低,增加了安全性。

由于现在是冬季时节,装置下降时受风的影响较大,在装置不会翻转的情况下,尽量减小充气塑料袋的大小,由于可乐瓶是圆的,着地时,因弹性而反弹,使塑料瓶在地上转动而远离中心点,影响比赛成绩,因此可以增加装置的底部跟地面的接触面积。

策划人:刘宗旭 2013.9.17

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