天降奇兵寻找完美的降落伞

1、天降奇兵尋找完美的降落傘壹、研究動機：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為美國精神號與機會號這兩艘探測船登陸而成為課程中老師補充並與我們討論的話題；聽老師說探測船登陸的方式是用降落傘及氣囊，使探測船有緩衝的時間，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間？貳、研究目的：經由我們討論過後，認為傘面應該是影響降落傘的最重要因素，因此我們決定針對傘的材質、形狀、及傘的個數來做為研究的主要內容。一、探討降落傘適合用何種材質製作？二、比較何種形狀的降落傘降落時間較久？三、探討面積大小不同的降落傘降落的時間。四、探討增加傘的數

2、量是否會延長降落的時間？叄、研究材料與設備：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，距離地面250公分）落下，分別計時五次、並加以平均，得到實驗數據。如下：25公分註：本研究中所有實驗如果降落傘落下的過程中，傘沒有撐開或是撞上物體，皆不以採計，而重新實驗。伍、研究過程及結果研究活動(一)：降落傘適合用何種材質製作？將四種不同的材質，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1-11-4），分別記錄其落下的時間。實驗結果：數次間時項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）與其他四種材質比較的數據中可發現，降落傘可以延長降落的時間。(二)：1-3、1-4的降落時間大於1-1、1-2，由此可推論降落傘要使用無縫隙的材質。(三)：1-1與1

4、-3的時間分別大於1-2與1-4，由此可推論使用材質的重量要愈輕愈好。結論：降落傘適合採用重量輕且無縫隙的材質來製作。研究活動(二)：何種形狀的降落傘降落時間愈久？活動一、相同面積下，常見的圖形中哪一種降落時間愈久？由研究活動(一)中可知塑膠袋最適合作為降落傘的材質，接下來我們選了數學課中常見的圖形分別來作比較，圖形如下表：項目形狀項目形狀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長方形17.7402-9梯形203028.

5、32-10正方形26.6備註：在研究活動(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，所以在研究活動二中，也以這個面積為標準，做出相同面積的圖形。實驗結果：數次間時項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)比較中發現對稱的箏形2-6降落的時間比較長。(二)：所有圖形中，以最不對稱的直角三角形2-1及長短相差最大長方形2-8降落的時間最短；而且直角三角形在實驗過程中，容易失去平衡而落下，因此實驗失敗率很高。(三)：三角形中以正三角形的時間最長、四邊形中以正方形的時間最長。結論：降落傘的

7、形狀應該製作成對稱且長短不可差距太大的圖形。活動二、相同面積下，何種正多邊形的圖形降落時間最久？在活動一的討論中我們討論到三角形中以正三角形的降落時間最長、四邊形中也是以正方形的降落時間最長，而且正方形比正三角形的時間長，所以我們接著以不同邊數的正多邊形做為傘的形狀，來探討這些不同的邊數的正多邊形是否也會影響降落的時間。實驗結果：數次間時項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：當正多邊形的邊數愈多，則這個圖形就愈接近圓形，所以我們做到正六邊形後，就以圓形來做為最後的比較對象討論：(一)：由這個實驗中，我們發現以正多邊形做為傘的形狀時，降落傘的邊數愈多，降落的時間愈久，其中又以圓的時間最久。結論：由活動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常看到的降落傘幾乎都是圓形的。研究活動(三)：降落傘的大小會不會影響它降落的時間？在研究活動(一)及研究活動(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，做出三個大小不同

9、的圓，來比較降落傘的面積是否會影響降落的時間長短。實驗結果：數次間時項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)：在這個實驗中，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。結論：由實驗結果可得知，降落傘的傘面不能太小，否則容易造成降落失敗，而由結果中雖然看起來傘的面積愈大，降落時間就愈長；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，如果面積再繼續不斷的加大，降落時間是不是就愈長，則我們無法從這個實驗中獲得證明。研究活動(四)：增加傘的數量是否會延長降落的時間？在前面三個研究活動中，我們找出了最適合製作降落傘的材質及形狀，有同學提出說：降落傘能夠延長物體降落的時間，那麼我們如果在原降落傘上面再加上一個降落傘是不是會得到更好的效果。於是，我們又設計了第四個研究主題，想來探討增加降落傘的個數是不是能夠延長降落的時間。活動一、我們首先設計出上下兩層相同的降落傘（圖形如下）來和單獨一個層降落傘比較：原降落傘實驗結果：數次間時項目第一次第二次第三次第四次第五次平均4-11個半徑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)：在實驗中，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，然後整個就迅速落下，所以，反而沒有延長落下的時間。結論：以兩個同樣的降落傘製作出來的雙層降落傘並無法讓降落的時間增長，反而更快落下。活動二、上下兩層不同大小的降落傘是不是能增加降落的時間？在活動一中，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試是否會有不同的情況？（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）實驗結果：數次間時項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：在這張統計表中，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）等數據來做比較。討論：(一)： 由4-3、4-4來和4-1、3-2比較我們發現，雙層的降落傘只比單獨一個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，發現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，也容易發生上層掉落失敗的情形。結論：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：在這次的實驗裡，我們在製作過程中所遭遇到比較大的問題有以下幾點：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，為了不影響結果，就要馬上拆解。二、研究活動(二)中要測量相同面積下，不同形狀降落傘的降落時間，由於很多圖形不知道怎麼計算公式，後來，我們就採取最原始的方式：也就是用方格紙來算，雖然花的時間很久，但是經過大家的努力，

14、還是把這些圖形的面積都計算出來了。三、在時間的紀錄上，剛開始，放降落傘和按碼錶的同學，默契不是很好，常常會有誤差，經過多次的練習，才讓這個誤差減少到最小。四、一開始原本是懸掛比較重的螺帽，但是在第一次的實驗中，發現得到的時間相差實在太小，所以最後才換上較輕的螺帽，把時間差距變大，方便我們來做數據的比較。 除了上述的這些困難處，其實後來我們在實驗中，不斷有同學提出各種不同的變因，要來測試看看，這些在這次的實驗中，並沒有做出來，但是，我們把它提出，可做為下次或者對這個題目有興趣的同學來嘗試看看：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(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據來看，發現傘的面積愈大，效果似乎愈好，但是因為我們這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，讓結論能夠更明確。三、前一陣子，我們在電視上有看到一些學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，對這個比賽，其實我們認為可以朝兩方面去思考，第一方面就是延長降落的時間，讓蛋不要很快的撞擊地面，從我們的實驗結果，認為這是一個正確的方式，但是這並不夠；另一方面要針對蛋來做保護，