平衡柱的 STEM 玩法

平衡柱的 STEM 玩法

早前走進香港動漫電玩節,除了漫畫、遊戲和不同的角色扮演較為吸引外,令我要特別停下來研究和開直播介紹的是一件設計看似普通,但玩落就有點難度的玩具,究竟這是甚麼?它的名字叫「 True Balance 」,是一件訓練手眼協調和專注力的平衡玩具。

True Balance 平衡柱的玩法十分簡單,單手手握手柄,平衡柱上的每塊圓柱體木塊會受到地心重力的影響下,而使到每塊圓柱木塊沿著各自的連接軸旋轉,每塊圓柱木塊的旋轉方向也會因上下板塊的旋轉移動而有所改變,使平衡柱不停擺動,玩家就需要以單手控制平衡停止轉動,形成一條垂直圓柱並維持一段時間,才是挑戰成功。

True Balance 的結構工程

從外形觀察 True Balance 平衡柱的構造,它是由多塊大小和厚度相同的圓柱體木塊組成,每塊的圓柱木塊都由一個金屬圓柱軸連接著,連接的位置不在圓心,而是在圓形面近圓周的位置。

每塊圓柱木塊之間亦有一定的距離,分隔每塊圓柱木塊的面,目的是要減低圓柱木塊旋轉時與上下圓柱木塊之間的摩擦力,以減輕圓柱木塊旋轉時的能量消耗,增加難度。

從外形觀察True Balance平衡柱的構造,它是由多塊大小和厚度相同的圓柱體木塊組成。

從外形觀察True Balance平衡柱的構造,它是由多塊大小和厚度相同的圓柱體木塊組成。

首次接觸的平衡新玩法。

首次接觸的平衡新玩法。

重心改變而旋轉

連接軸的位置設定不在圓柱面中央,令附有重量的圓柱木塊因為重心不停改變而依連接軸旋轉,加上每層的連接軸的位置是不同和獨立連接,在地心重力影響之下,每塊圓柱木塊都會旋轉並產生各自的角動量令圓柱維持轉動,故此就會造出隨意擺動扭轉的效果。

每塊圓柱面的圓心位置都裝有磁鐵粒,透過磁鐵異極相吸的原理令每層圓柱木塊的圓心遇到時,產生磁場效應而能夠互相吸引固定位置,由於每層圓柱木塊都在旋轉令重心位置不斷改變,要令每層木塊停下來被磁鐵互相牽引形成一條垂直的圓柱就變得十分困難,所以極具挑戰性。

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倒下式手柄增加難度

True Balance 平衡柱的另一個玩法就是把它上下倒轉,在手柄的手持方式不同就已經改變了各圓柱木塊的支撐點。當手持手柄向上時,圓柱木塊會因為本身的重量受到地心重力的影響力下會產生一個向下的力,會出現一定的位能,根據重力位能的計算公式「 U=mgh 」, h ( Height )是指物體的高度位置, g ( Acceleration Of Gravity )是物體地心重力影響下的加速度,在地球的重力加速度會以 9.8 m/s2 或 10 m/s2 作計算,即是指物體高度愈高,位能就愈大。

玩具的手柄向上時,手柄就會成為圓柱木塊的支橕 受力點,物體高度就會由圓柱木塊到手柄的位置,圓柱木塊在旋轉時得到手柄的支撐而減低位能改變,有助加強磁鐵接觸的機會。

玩具的手柄向上時,手柄就會成為圓柱木塊的支橕
受力點,物體高度就會由圓柱木塊到手柄的位置,圓柱木塊在旋轉時得到手柄的支撐而減低位能改變,有助加強磁鐵接觸的機會。

用倒下式手柄方式時,圓柱木塊就失去了手柄的支 橕點,每個圓柱木塊的重力位能的高度就會變成與地面之間的距離,由於高度增加,每個圓柱木塊的能量又增加,又加強了每個圓柱木塊的旋轉力,玩家就需要更大的力及技巧控制圓柱木塊穩定下來,控制難度十分高。

用倒下式手柄方式時,圓柱木塊就失去了手柄的支
橕點,每個圓柱木塊的重力位能的高度就會變成與地面之間的距離,由於高度增加,每個圓柱木塊的能量又增加,又加強了每個圓柱木塊的旋轉力,玩家就需要更大的力及技巧控制圓柱木塊穩定下來,控制難度十分高。

STEM 教育經常令人覺得不是編程就是機械人,但簡單的平衡柱玩具就組已包含了 Try and Error 的耐性鍛鍊、專注力的訓練、小肌肉的運動及手眼協調的加強,當中更有 STEM 元素,可以 STEM 教材早已存在生活中。