【動手玩科學】古代「投石器」原理與製作(上)

梅期光(台北市立中正國中理化教師)/文‧圖 |2009.09.11
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各位讀者是否看過「魔戒」電影裡面壯觀的戰爭場面嗎?有沒有發現電影中的戰爭場面裡常會出現一種武器裝置,它能將石塊或燃燒的油壺,拋向遠處攻擊敵人的古代巨大長程武器,這種遠古武器就稱之為「投石器-trebuchet」。

談起「投石器」的歷史,在中國春秋戰國的時代,就已出現這種投石裝置,直至三國時代的劉曄,他幫曹操設計出威力強大稱為「石砲」的投石車,用來攻擊呂布和袁紹,因而獲得大勝。

一直到蒙古時期「投石器」,都是攻擊城牆堡壘的重要長程武器。而從歐洲歷史記載,投石器是阿基米德發明用來攻擊敵人的船艦長程武器。

1.科學實作活動內容說明

(1)科學實作名稱:投石器

有關投石器的物理學統整科學概念如下列所述:力的作用與效應、力矩的作用與效應、牛頓第二運動定律(或稱牛頓運動定律)、轉動與移動、靜力平衡、阿基米德槓桿原理、能量間的轉換、彈力、形變與虎克定律的原理。

(2)投石器的製作步驟說明

組合「投石器」支架

1.利用一條細橡皮筋將兩支長免洗筷(投石器支架長桿)緊密綑綁在一起。

2.利用兩條細橡皮筋分別將短免洗筷(投石器支架橫桿)固定在投石器支架長桿的尖端位置,即可組成投石器的支架部分,如下圖1所示。

組合「投石器」投射架

1.利用一條細橡皮筋將長免洗筷(投石器投射桿)與短免洗筷(投石器投射架橫桿)緊密綑綁在一起成十字型狀(務必呈垂直狀)。

2.利用兩條細橡皮筋繞在塑膠免洗湯匙(投射桿載物台)的頸端及握炳端,再將投石器投射架尖端從塑膠免洗湯匙(投射桿載物台)的背面空隙穿過橡皮筋圈,即可組成投石器的投射架部分,如下圖2所示。

組合投石器「支架」與「投射架」

1.兩手分別持投石器支架與投射架,再將投射架放置投石器支架開岔兩端下方位置。

2.利用兩條橡皮筋分別將投射架綑綁在投石器支架上,即可組成投石器支架及投射架,如下圖3、圖4所示。

(待續)

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