STEAM X 校园多事干:二创古代投石机(组图)

发布 : 2019-3-18  来源 : 明报新闻网


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在一旁看「战事」的袁绍(栩荣)、曹操(家聪)二人虽然为「敌」,但剧后均有相同感受:「我觉得全剧这一几x??震撼!当见到很多投石车被??u进来,然后一同发射,我能想像当时的战争场面,应该相当激烈。」



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【明报专讯】官渡之战是东汉末年三大战役之一,史书《三国志》及小说《三国演义》均有提及。话说三国还未并立,曹操已掌控皇帝汉献??o?J??即「挟天子以令诸侯」,令自己势力坐大。当时同据北方的诸侯袁绍兵力更强,双方在官渡开战,争持不下,最后曹操藉奇谋与利用大威力武器,赢过比自己强的袁绍军队,从此一统北方!齐来看看曹操如何「对付」袁绍!

■上回提要

投石车出场!

曹袁即将开战,曹操苦思对策,得下属进计,制作「发石车」进攻!

绍为高橹,起土山,射营中,营中皆蒙楯,?大惧。太祖乃为发石车,击绍楼,皆破,绍?号曰霹雳车。——《三国志·魏书六·袁绍传》

据《三国志》描述,曹操(即太祖)制作发石车攻击,大破袁绍据点,当时袁绍阵中称那为「霹雳车」。发石车是投石装置,将石放上,按下装置就能将石头抛掷出,破坏敌方防御呢!

■第一回·设计

STEAM复制与镜射

电脑绘图 雷射切割

究竟投石车威力如何、它运作原理又是怎样的?六年级同学于是自己制作、找寻答案!1.先设计;2. 列出制作步骤;3.用绘图软件缩图(同学采用AutoCAD软件);4.将设计用雷射切割方式制作。制作过程看来复杂,鋆宇却说:「制作前老师先给我们参考示范影片,而且在电脑画图只要输入所需的长度、阔度数值即可。」科技发展下,制作过程似乎比东汉末年方便得多!(图a)

同学想在投石车的两侧用上一样的装饰图案,然而将图案「复制贴上」,其实是左右不对称的!同学以数学中「镜射」的概念解决这个问题。「镜射」即在一条直线——「镜射轴」上,将图案像镜子般反射在轴的另一端。

■第二回·抾x??

解构掷石头力学

投石车完成!同学说,只要按?科学原理制作,用它来抾x??绝对没问题。建璋说:「制作过程中,我学到杠杆原理、弹性位能、抛物线等科学知识呢!」

力点 支点 重点

投石车的运作利用了杠杆原理,一端放置重物、另一端施力抾x??重物,装置有3个条件:支点、重点和力点。

支点是装置中不能移动,却用来转动力量的点;力点就是施力的一点;重点则是放置重物的点。设计时,3点要达到平衡才能将杠杆原理好好施展,例如当支点与力点的距离比支点与重点的距离长,代表装置发出的力量会更大,但若投石车底部不够阔,欠缺平稳,即使可以发力,投石车也会因承受不了力量而「反车」。

STEAM杠杆原理

储存的能量

同学设计的投石车加了橡筋,它加强了施力的力度。因为橡筋有「弹性位能」,位能是物体中储存的能量,弹性位能就是指当压缩或拉长弹性物质时所储存的能量,例如橡筋原本不会发力,但通过拉长它再发射,力量就出现了。(图b)

STEAM抛物线

圆弧抛物线

抛物线是物体从抛出到落下,呈现圆弧线。用上不同力度、角度抛掷,抛物线均有不同。

■第三回·战争

小投石车威力有限,老师特意制作较大型的投石车,让同学演出时试试威力!剧中高潮之处,就是按《三国志》的描述,曹操阵营将石(剧中以废纸代替)投向高楼上的袁绍,袁绍阵营则以连弩还击!(图c)

STEAM连弩

曹操有投石车,袁绍也不逊色。学校得清华大学航天航空学阮高云峰教授卡魅实验室送出连弩装置给袁绍助阵,它是使用弹性位能连续发射的弓箭(同学以桌球代替)。(图d)

■番外篇·校长的话

教师鼓励多阅读

从历史学习科学原理,是怎么想到的呢?张伟菁校长说是机缘巧合,原意想鼓励同学多阅读,刚巧教师喜欢三国故事,又发现当中藏有科学原理,结果就成事了!(图e)

同学,试从你阅读过的故事中,找出含STEAM元素的内容吧!

■想一想

三国故事中,除了上述的武器,你还认识哪些武器,当中有什么科学原理?

■关键词

镜射 Mirror

弹性位能 elastic potential energy

抛物线 parabola

杠杆原理 The Principle of Leverage

文:大海

图:苏智鑫

[常识学堂 第144期]