教授对象:中小学生
竹蜻蜓是中国民间古老的儿童玩具,其外形呈T字形,横的一片像螺旋桨,当中有一个小孔,其中插一根笔直的竹棍子,用两手搓转这一根竹棍子,竹蜻蜓便会旋转飞上天,当升力减弱时才落到地面。是深受孩子们喜爱的可飞行的玩具。
最早的竹蜻蜓
在中国晋朝(公元265年—420年)葛洪所著的《抱朴子》一书有这样的记述:“或用枣心木为飞车,以牛革结环剑,以引其机。或存念作五蛇六龙三牛、交罡而乘之,上升四十里,名为太清。太清之中,其气甚罡,能胜人也。”其中的“飞车”被一些人认为是关于竹蜻蜓的最早记载。比在欧洲一幅1463年的圣母圣子像中出现了竹蜻蜓的形象早了一千多年。
直至今日,竹蜻蜓也推陈出新,有各种材质和各种款式,是孩子们最喜爱的玩具之一。
竹蜻蜓为什么会飞起来呢?
首先,竹蜻蜓叶片的截面形状是一个上表面略凸,下表面平整的平凸形状,其作用好比平凸翼型的机翼,能产生向凸起方向的升力。
其次,竹蜻蜓的叶片和水平旋转面之间有一个倾角(这个倾斜角度是可以调整的)。当竹蜻蜓旋转时,旋转的叶片将空气向下推,形成一股强风,而空气也给竹蜻蜓一股向上的反作用升力,这股升力随着叶片的倾斜角而改变,倾角大升力就大,倾角小升力也小。当升力大于竹蜻蜓自身的重力时,竹蜻蜓便可向上飞起。
如果我们想要让竹蜻蜓飞得很高,是不是把倾角调到很大就行了?
小朋友们试一试就会发现:倾角越大,形成的阻力面积越大,所需的旋转力就要越大,因此当我们调大倾角时会发现竹蜻蜓反而转不快了,也就飞不高了。所以在实际操作中我们需要在力量与倾角角度中找出一个平衡点使得竹蜻蜓省力好操作又飞得高。
一起来动手
看了这么多漂亮的竹蜻蜓,想不想也自己动手做一个玩玩呢?接下来就请跟着老师一起来做一个属于自己的竹蜻蜓。
友情提示:请在大人的监护下安全使用剪刀、美工刀等工具。
转动我们做好的竹蜻蜓,一起玩起来吧!
拓展思考
竹蜻蜓的飞行性能受很多因素影响,主要可以从以下三个因素注意并加以改进:
1
升力与重力的差别
如果升力小于重力,则竹蜻蜓不能正常飞行,这就需要将叶片做的尽量硬而轻薄;
2
升力与阻力的关系
升力随着叶片的角度的增大而增加,而阻力也随之增加,在某一临界角度,升力的增加速度小于阻力的增加速度,从而使得阻力的大小达到不可接受的水平,即失速,这会严重影响飞行性能,所以,竹蜻蜓叶片的角度不能过大,建议选取在15度左右;
3
重心的位置
重心位置如果不在竹蜻蜓的几何中心线上,会导致竹蜻蜓飞行不稳定,要保证垂直的竹棍与叶片之间的垂直度,不然或导致竹蜻蜓飞行时尾部严重摆动,并最终失稳,失速。
END
今天的匠心之旅就结束啦
下期的空中大课堂 敬请期待
课程设计/视频制作:陈懋瑞
推送制作:顾嘉源
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