玩具奔腾的纸马.pdf

物理玩具─奔騰的紙馬 林泰生 逢甲大學光電學系暨物理教學研究中心， 台中市西屯區 40724文華路100號 tyson@fcu.edu.tw 看過紙做的馬居然能行走奔跑？ 四隻腿夾上 曬衣夾之紙盒做的 馬，居然可以行走 奔跑！更妙的是， 遇到懸崖(桌 緣)，，還會自動 勒馬！如此奇妙的 玩具，是何道理？ 材料與工具 紙盒(例如衛生紙盒)、硬紙板、曬衣 夾、細棉線、塑膠繩段、口紅膠或膠 水、釘書機、膠帶（單、雙面）、剪刀 做法 (一) 1. 先將紙盒對半裁 開，再剪成如右 圖。裁開的盒子 較長端 (L)做為馬 側，較短端 (W)做 為馬前及馬尾部 份。腳寬約為W 的 1/3至1/4間。 （太窄會有拐馬 腿的問題。） 做法 (二) 2. 以硬紙裁成如下左圖，按圖中所示之比例摺成 馬頭及馬耳，並將馬耳黏上。馬頭也可用摺成 最右圖之簡單形式。 做法 (三) 3. 將做好的馬尾黏 上。馬尾材料也 可用塑膠繩代 替。 4. 將細線以釘書機 釘住，並以膠帶 黏於馬前端，再 以曬衣夾夾住四 腳。 注意：衣夾夾四 腳時，力求平衡 穩定均衡可站 立。 學生作品 紙馬奔騰(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) ，跑馬大賽 ， (95賽馬 ) 調整 (1)留夠長的細線，使馬置於桌緣一端時，細線可以 延伸至相對的另一端桌緣垂下。 (2) 以夾子（或其它任何物品夾掛住）夾掛住垂至桌 下的線尾端，當釋放夾掛之物時，紙馬便能自動 向前跑。調整夾掛之物重，以測試是否能以使紙 馬恰能奔跑而不摔倒。 (3) 若無法使紙馬跑時，增加所夾掛之物重。反之， 若紙馬被拖行而非奔跑時，則減少所夾掛之物 重。 (4) 按以上步驟調整好後，紙馬便能很神奇的每次跑 到桌緣就自動停住。 →「懸崖勒馬」，為什麼？ 奔騰紙馬的原理 奔騰紙馬的力分析 由右圖力圖可知，若忽略繩於桌緣 N 之摩擦力，則 N = W +F sin θ (1) f F ( W = mhg ) θ F cos θ－f = mha (2) W f = μN = μ(W +F sin θ) (3) s,max s s 其中N為紙馬受桌子之正向力；F為拉紙馬之力；W為紙馬 所受之重力； m 為馬之質量；f為摩擦力；f 為最大靜摩 h s,max 擦力； μ為靜摩擦係數(與兩接觸面有關) ；a為加速度。 s