陪伴孩子來場帆船航行

為了讓小孩了解要如何擺動風帆。

雖然多下場玩帆船，能累積經驗。

但就猶如飛行員、太空員會利用模擬器多加練習。

因此我帶小孩做船模，用船模來做各項實驗。

我們總共設計並3D列印了好幾款船型，IOM 65、Optimist（OP船），

這幾款帆船的keel、bulb、舵rudder、桅杆mast、都是可以自由拆裝與轉動，並且也可以設計各式形狀的風帆在主帆以及前帆。其中bulb是用螺絲，不夠重的話還可以加上螺帽，哈哈。

我們使用vornado循環扇的最小風量作為穩定的風源，在水箱周圍貼上幾個點，考驗孩子從某一點航行到另一點，風帆要如何擺動。

有keel & bulb的差別在哪？keel的長度有什麼影響？為什麼會有這些影響？概念是什麼呢？是怎麼推論的？

 

 

也可以請孩子完成這張圖。

用船模，可以大量有效的地嘗試各種可能性，孩子也很容易比較出各式船型的優缺點與特性。

 

當孩子熟悉如何依據風向調整風帆後，就非常適合帶他們認識真風true wind、apparent wind視風。

true wind是指真正的風的方向與風速。而apparent wind是船上的人感受到風的速度與方向。

apparent wind對航行的人很重要，重點是讓我們能透過船速與航向、船上的風速器與風向器來得知apparent wind資訊，來計算出true wind的風速與風向，輔助我們該如何操縱風帆。

舉例：向東航行的船速若為1 km/hour，同時間也正吹著向東的風，其風速為1 km/hour，那麼船上的人們並不會感覺到有風，其apparent wind的風速為0。

因此，可以帶著孩子用方格紙或是geogebra 來計算，如下圖。

船速 3節（一般來說，我們都是用「節」作為船速，一節等於每小時行走一海浬的速度，而一海浬等於1852公尺），而來自右邊的true wind的風速也為 3節，那麼apparent wind就為右前方45度角，速度為4.2 節。

 

對於在順風/尾風（tailwind）航行，是顯而易見。但是對於逆風/頂風（headwind），也能航行，但是又是如何做到呢？什麼原理？這邊就不多介紹，網路上很多資訊介紹白努利原理，而我介紹一款app，Wind Tunnel Free，可以讓孩子玩玩看，藉由模擬風洞，來看看空氣分子的流動速度與密度，以及產生影響的壓力變化，進而因為壓力差而有了力的作用。

帆船相當有趣，若暫時沒辦法玩到真的帆船，流體力學也同樣適用於這些小船模。

不要急著給孩子答案，應該是讓孩子先多問為什麼？讓他們去假設推論，說出自己的想法，有沒有其他的推論方式？並且多用生活實際例子，尤其是他們已經親身經歷過的事情來加深他們的聯想與學習遷移。

 

推薦app：

• American Sailing，以遊戲的方式來學習如何航行。
• Wind Tunnel Free，觀察物體在風洞，其流體（空氣、水）的速度、壓力等變化。