題目

玩具中藏有哪些科學原理?

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走馬燈(圖片提供:視覺中國)
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玩具雖小,但卻寓意深刻。不少玩具運用了科學原理,使看似普通的玩具閃耀出智慧之光。這種玩具是中國傳統玩具中最有趣味和價值的東西。中國引用科學方法於玩具的歷史,可以追溯到两千多年前的戰國時期。從魯班發明木鳶「可飛三日不下」的記載;到近代人們均懂得利用自然現象、機械原理和傳動裝置,利用能量互換原理製作出各種互動玩具;以至到今天,民間藝人仍然沿用傳統工藝製作這類民間玩具,如哨類玩具、風箏、走馬燈、旋木玩具、擊鼓車、小燕車、空竹、陀螺、風車等。

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費新我繪於1958年的《童稚》,香港藝術館藏品
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走馬燈是典型的把熱能轉化為動能的例子,它靠蠟燭燃燒所產生的上升熱氣流,推動燈籠內壁不停轉動,造成圖案中人物、動物不斷走動的效果。(原來內壁所繪圖案以馬居多,轉動後,猶如馬在走動,故名走馬燈。)早在宋代,詩人范成大有詩歌描繪走馬燈(當時稱為「馬騎燈」)。走馬燈所使用的能量轉換原理比西方早了近千年。

 

歷代先民一直幻想能夠像鳥兒一樣飛上天空。人們模仿鷹、鳥、燕等飛禽形象,製作出木鳶和紙鷂,而且很早就用於軍事行動中。風箏的製作、骨架的紮製十分關鍵,講究用料均衡、分布合理,以頭和身為軸,左右對稱。鳥類風箏結構還在翅膀上形成弧狀「膀兜」,這樣的設計便於使風箏承風、卸風和保持飛行的穩定。風箏在氣流的作用下,可飛升數里,收放自由。這是利用氣流推動力進行飛行的典型事例,現代的飛機正是在這個原理的啟示下創造出來。

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傳統曹氏風箏,沙燕系列——比翼燕
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互動玩具是玩具中的一大類,其特點是:通過給予玩具某一部位作用力,而使玩具另一或全部部位發生響動或運動。實際上,互動玩具採用的是物理學中能量守恒和轉化原理,將一種運動形式變為另外一種。譬如空竹和陀螺兩種玩具,前者是將人手抖動所產生的動能,通過一根繩子傳遞給空竹,使其轉動。在旋轉過程中,空氣又經過空竹的氣孔,進入快速轉動的空竹輪堂內,吹動輪內葉上的洞眼,空氣在輪堂內發生振動,產生美妙動聽的鳴響。這其間作用力發生多次轉化,是互動玩具中較為複雜和典型的類型。其他玩具如陀螺、風車、雞吃米、小擊鼓車和摔跤人等互動玩具都是同樣道理。這類玩具由於有較多應用科學原理,更加令人喜愛。

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「抖空竹」現在仍十分流行
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上載日期:
2020年07月22日

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