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陪伴孩子來場帆船航行

  • Posted by C.K. Tseng
  • Categories STEAM
  • Date 2022-01-21
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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?

 

 

https://www.steamparents.com/wp-content/uploads/2022/01/IMG_9352.webm

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。
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C.K. Tseng

我是陪伴兩個孩子一起成長與學習的爸比。
學習是一種交互作用,親子之間也需要互相學習。
現在是親子共學的時代,我很享受在其中。

熱愛接觸大自然,海洋高山總是給我平靜舒壓的力量。
有數學、資工背景的我喜歡探索新知,也愛玩新科技,
一直以來身處在資訊網路業,快樂地生活著。

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