天降奇兵尋找完美的降落傘

1、天降奇兵尋找完美的降落傘壹、研究動(dòng)機(jī)：最近上自然課，正好在介紹太陽系的九大行星，剛好這一陣子火星這顆星球因?yàn)槊绹?guó)精神號(hào)與機(jī)會(huì)號(hào)這兩艘探測(cè)船登陸而成為課程中老師補(bǔ)充並與我們討論的話題；聽老師說探測(cè)船登陸的方式是用降落傘及氣囊，使探測(cè)船有緩衝的時(shí)間，並減少落地衝擊力；因此，引起我們的好奇，想來研究看看，什麼樣子的降落傘具有最佳的緩衝時(shí)間？貳、研究目的：經(jīng)由我們討論過後，認(rèn)為傘面應(yīng)該是影響降落傘的最重要因素，因此我們決定針對(duì)傘的材質(zhì)、形狀、及傘的個(gè)數(shù)來做為研究的主要內(nèi)容。一、探討降落傘適合用何種材質(zhì)製作？二、比較何種形狀的降落傘降落時(shí)間較久？三、探討面積大小不同的降落傘降落的時(shí)間。四、探討增加傘的數(shù)

2、量是否會(huì)延長(zhǎng)降落的時(shí)間？叄、研究材料與設(shè)備：窗簾、影印紙、毛巾、塑膠袋、縫衣線、螺帽、量角器、皮尺、碼錶肆、研究方法：在此次的研究中，我們主要探討的是降落傘的傘這部份，因此，傘下所懸掛的物體固定採(cǎi)用同一種螺帽，同一種線（並固定傘至物體間的距離皆為25公分）250公分將降落傘從同樣的高度（以螺帽為準(zhǔn)，距離地面250公分）落下，分別計(jì)時(shí)五次、並加以平均，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如下：25公分註：本研究中所有實(shí)驗(yàn)如果降落傘落下的過程中，傘沒有撐開或是撞上物體，皆不以採(cǎi)計(jì)，而重新實(shí)驗(yàn)。伍、研究過程及結(jié)果研究活動(dòng)(一)：降落傘適合用何種材質(zhì)製作？將四種不同的材質(zhì)，皆製作成形狀、大小皆相同（半徑15公分的圓）的降落

3、傘（編號(hào)1-11-4），分別記錄其落下的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：數(shù)次間時(shí)項(xiàng)目第一次第二次第三次第四次第五次平均1-0無降落傘0.560.610.670.530.630.601-1窗簾1.731.671.801.571.441.641-2毛巾1.361.041.130.931.171.131-3塑膠袋4.693.974.674.034.774.431-4影印紙1.811.882.072.161.891.96討論：(一)：由1-0（無降落傘）與其他四種材質(zhì)比較的數(shù)據(jù)中可發(fā)現(xiàn)，降落傘可以延長(zhǎng)降落的時(shí)間。(二)：1-3、1-4的降落時(shí)間大於1-1、1-2，由此可推論降落傘要使用無縫隙的材質(zhì)。(三)：1-1與1

4、-3的時(shí)間分別大於1-2與1-4，由此可推論使用材質(zhì)的重量要愈輕愈好。結(jié)論：降落傘適合採(cǎi)用重量輕且無縫隙的材質(zhì)來製作。研究活動(dòng)(二)：何種形狀的降落傘降落時(shí)間愈久？活動(dòng)一、相同面積下，常見的圖形中哪一種降落時(shí)間愈久？由研究活動(dòng)(一)中可知塑膠袋最適合作為降落傘的材質(zhì)，接下來我們選了數(shù)學(xué)課中常見的圖形分別來作比較，圖形如下表：項(xiàng)目形狀項(xiàng)目形狀2-1直角三角形35.3402-2等腰三角形(1)4035.32-3等腰三角形(2)35.3402-4正三角形40.42-5箏形(1)251535.32-6箏形(2)202035.32-7平形四邊形3023.62-8長(zhǎng)方形17.7402-9梯形203028.

5、32-10正方形26.6備註：在研究活動(dòng)(一)中所做的降落傘為半徑15公分的圓，所得傘的面積約為706.5平方公分，所以在研究活動(dòng)二中，也以這個(gè)面積為標(biāo)準(zhǔn)，做出相同面積的圖形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：數(shù)次間時(shí)項(xiàng)目第一次第二次第三次第四次第五次平均2-1直角三角形2.312.592.492.202.372.392-2等腰三角形(1)2.712.762.352.443.142.682-3等腰三角形(2)2.952.322.542.812.232.572-4正三角形3.252.882.743.323.013.042-5箏形(1)2.081.602.883.172.802.512-6箏形(2)3.102.323.1

6、32.892.872.862-7平形四邊形2.772.152.562.903.052.692-8長(zhǎng)方形2.483.192.092.252.242.452-9梯形3.312.922.572.912.692.882-10正方形3.203.172.813.103.373.13討論：(一)：2-5(箏形1)與2-6(箏形2)比較中發(fā)現(xiàn)對(duì)稱的箏形2-6降落的時(shí)間比較長(zhǎng)。(二)：所有圖形中，以最不對(duì)稱的直角三角形2-1及長(zhǎng)短相差最大長(zhǎng)方形2-8降落的時(shí)間最短；而且直角三角形在實(shí)驗(yàn)過程中，容易失去平衡而落下，因此實(shí)驗(yàn)失敗率很高。(三)：三角形中以正三角形的時(shí)間最長(zhǎng)、四邊形中以正方形的時(shí)間最長(zhǎng)。結(jié)論：降落傘的

7、形狀應(yīng)該製作成對(duì)稱且長(zhǎng)短不可差距太大的圖形?；顒?dòng)二、相同面積下，何種正多邊形的圖形降落時(shí)間最久？在活動(dòng)一的討論中我們討論到三角形中以正三角形的降落時(shí)間最長(zhǎng)、四邊形中也是以正方形的降落時(shí)間最長(zhǎng)，而且正方形比正三角形的時(shí)間長(zhǎng)，所以我們接著以不同邊數(shù)的正多邊形做為傘的形狀，來探討這些不同的邊數(shù)的正多邊形是否也會(huì)影響降落的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：數(shù)次間時(shí)項(xiàng)目第一次第二次第三次第四次第五次平均2-11正三角形2.732.993.262.883.042.982-12正方形3.013.152.893.503.003.112-13正五邊形3.323.513.763.653.363.522-14正六邊形3.894.22

8、4.153.913.984.032-15圓形4.544.754.814.114.544.55備註：當(dāng)正多邊形的邊數(shù)愈多，則這個(gè)圖形就愈接近圓形，所以我們做到正六邊形後，就以圓形來做為最後的比較對(duì)象討論：(一)：由這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)以正多邊形做為傘的形狀時(shí)，降落傘的邊數(shù)愈多，降落的時(shí)間愈久，其中又以圓的時(shí)間最久。結(jié)論：由活動(dòng)二我們得知製作降落傘的最好形狀是圓形，這也就是為什麼我們平?？吹降慕德鋫銕缀醵际菆A形的。研究活動(dòng)(三)：降落傘的大小會(huì)不會(huì)影響它降落的時(shí)間？在研究活動(dòng)(一)及研究活動(dòng)(二)中的降落傘都是以相同的面積來製作，所以我們這次分別以5公分、10公分及15公分為半徑，做出三個(gè)大小不同

9、的圓，來比較降落傘的面積是否會(huì)影響降落的時(shí)間長(zhǎng)短。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：數(shù)次間時(shí)項(xiàng)目第一次第二次第三次第四次第五次平均3-1半徑5公分0.971.141.351.331.261.213-2半徑10公分1.742.052.181.961.921.973-3半徑15公分4.494.124.274.604.424.38討論：(一)：在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，半徑5公分及半徑10公分的降落傘失敗率很高，尤其半徑5公分的降落傘，常常落到一半傘就合起來，造成很多次降落失敗。結(jié)論：由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得知，降落傘的傘面不能太小，否則容易造成降落失敗，而由結(jié)果中雖然看起來傘的面積愈大，降落時(shí)間就愈長(zhǎng)；但是，由於我們所用的塑膠袋大小有限，最大

10、只能做到半徑15公分大小的圓，所以，如果面積再繼續(xù)不斷的加大，降落時(shí)間是不是就愈長(zhǎng)，則我們無法從這個(gè)實(shí)驗(yàn)中獲得證明。研究活動(dòng)(四)：增加傘的數(shù)量是否會(huì)延長(zhǎng)降落的時(shí)間？在前面三個(gè)研究活動(dòng)中，我們找出了最適合製作降落傘的材質(zhì)及形狀，有同學(xué)提出說：降落傘能夠延長(zhǎng)物體降落的時(shí)間，那麼我們?nèi)绻谠德鋫闵厦嬖偌由弦粋€(gè)降落傘是不是會(huì)得到更好的效果。於是，我們又設(shè)計(jì)了第四個(gè)研究主題，想來探討增加降落傘的個(gè)數(shù)是不是能夠延長(zhǎng)降落的時(shí)間?；顒?dòng)一、我們首先設(shè)計(jì)出上下兩層相同的降落傘（圖形如下）來和單獨(dú)一個(gè)層降落傘比較：原降落傘實(shí)驗(yàn)結(jié)果：數(shù)次間時(shí)項(xiàng)目第一次第二次第三次第四次第五次平均4-11個(gè)半徑15公分4.224.

11、384.364.174.324.294-2上下半徑皆15公分2.603.062.623.743.843.17討論：(一)：在實(shí)驗(yàn)中，我們觀察到兩層的降落傘，常常降落到一半上層就好像底下沒有支撐般掉到下層上，然後整個(gè)就迅速落下，所以，反而沒有延長(zhǎng)落下的時(shí)間。結(jié)論：以兩個(gè)同樣的降落傘製作出來的雙層降落傘並無法讓降落的時(shí)間增長(zhǎng)，反而更快落下?；顒?dòng)二、上下兩層不同大小的降落傘是不是能增加降落的時(shí)間？在活動(dòng)一中，我們觀察到上下相同形狀的雙層降落傘，下層沒問題，但是上層好像是被下層擋住空氣而沒有支撐，掉到下層上，所以我們接下來以上下層大小不同的情形來測(cè)試是否會(huì)有不同的情況？（在這裡所指的大傘面為半徑15公

12、分的圓，小傘面為半徑10公分的圓）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：數(shù)次間時(shí)項(xiàng)目第一次第二次第三次第四次第五次平均4-3上層大、下層小4.864.224.794.634.104.524-4上層小、下層大4.233.994.684.614.494.40註：在這張統(tǒng)計(jì)表中，我們多列出了單層小傘面（3-2半徑10公分)、單層大傘面（4-1半徑15公分）及上下皆是大傘面（4-2半徑15公分）等數(shù)據(jù)來做比較。討論：(一)： 由4-3、4-4來和4-1、3-2比較我們發(fā)現(xiàn)，雙層的降落傘只比單獨(dú)一個(gè)大傘面的效果好一些，所以並不是加成的效果。(二)：以雙層4-2、4-3及4-4來比較，發(fā)現(xiàn)上下兩層傘面如果一樣大的話，效果最差，而且容

13、易失敗，上下傘面不一樣大又以上大下小效果比較好。值得注意的是，我們觀察到如果上面的傘面比較小，也容易發(fā)生上層掉落失敗的情形。結(jié)論：如果要製作兩層的降落傘，要做成上下不同的傘面，而且上層的傘面要比下層的傘面大。陸、研究討論及其他：在這次的實(shí)驗(yàn)裡，我們?cè)谘u作過程中所遭遇到比較大的問題有以下幾點(diǎn)：一、做好的成品，如果一不小心，線很容易就纏繞在一起，造成降落傘無法撐開，所以，只要線纏在一起，為了不影響結(jié)果，就要馬上拆解。二、研究活動(dòng)(二)中要測(cè)量相同面積下，不同形狀降落傘的降落時(shí)間，由於很多圖形不知道怎麼計(jì)算公式，後來，我們就採(cǎi)取最原始的方式：也就是用方格紙來算，雖然花的時(shí)間很久，但是經(jīng)過大家的努力，

14、還是把這些圖形的面積都計(jì)算出來了。三、在時(shí)間的紀(jì)錄上，剛開始，放降落傘和按碼錶的同學(xué)，默契不是很好，常常會(huì)有誤差，經(jīng)過多次的練習(xí)，才讓這個(gè)誤差減少到最小。四、一開始原本是懸掛比較重的螺帽，但是在第一次的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)得到的時(shí)間相差實(shí)在太小，所以最後才換上較輕的螺帽，把時(shí)間差距變大，方便我們來做數(shù)據(jù)的比較。 除了上述的這些困難處，其實(shí)後來我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中，不斷有同學(xué)提出各種不同的變因，要來測(cè)試看看，這些在這次的實(shí)驗(yàn)中，並沒有做出來，但是，我們把它提出，可做為下次或者對(duì)這個(gè)題目有興趣的同學(xué)來嘗試看看：一、在這次我們只討論了傘的部份，至於傘繩的部份，則是我們所沒探討的，這可留待下次再做討論。二、在研究活動(dòng)(三)我們討論了傘的面積不能太小，而且以我們所做得三種大小數(shù)據(jù)來看，發(fā)現(xiàn)傘的面積愈大，效果似乎愈好，但是因?yàn)槲覀冞@次所用的塑膠袋無法做得更大，所以，下次可以換上更大的塑膠袋，讓結(jié)論能夠更明確。三、前一陣子，我們?cè)陔娨暽嫌锌吹揭恍W(xué)校在比賽高空丟雞蛋，且要讓蛋不破，其中，有很多人就是用降落傘的方式，對(duì)這個(gè)比賽，其實(shí)我們認(rèn)為可以朝兩方面去思考，第一方面就是延長(zhǎng)降落的時(shí)間，讓蛋不要很快的撞擊地面，從我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為這是一個(gè)正確的方式，但是這並不夠；另一方面要針對(duì)蛋來做保護(hù)，