玩出創意3：77個奇趣科學玩具(2版)

　　本書為作者繼《玩出創意：120個創新科學遊戲》、《玩出創意2：48個科學魔術》二書後的最新力作。內容網羅國內外書籍、網路的最新資料，整理出具有趣味性以及蘊含科學原理、科學概念的多種科學玩具，而且都能以簡易的器材自行製作。全書包含九大類、共77項的科學玩具，每一項都包含：製作過程、原理說明、叮嚀的話、參考資料。

　　本書是作者執行科技部大眾科學教育計畫的產物（計畫編號：NSC102-2511-S-142-016），內容皆經過實際操作，以確認結果的可靠性，再經由學科專家的審閱修訂。每一項科學玩具並以「特徵圖」表示趣味性、概念難度、製作難度、製作成本以及危險性的資料，以提供家長與教師在指導小朋友或學生時的參考。

作者簡介

許良榮

　　學歷
　　國立台灣師範大學化學系學士(1982)
　　國立交通大學應用化學研究所碩士(1986)
　　國立台灣師範大學科學教育研究所博士(1997)

　　經歷
　　現職：國立台中教育大學科學教育與應用學系教授
　　曾任：國中教師、國立台中教育大學助教、講師、副教授、系主任

　　研究領域
　　科學遊戲、科學魔術、科學概念診斷與學習、科學史與科學本質
　　個人網頁：www.ntcu.edu.tw/scigame/index.html（科學遊戲實驗室）

　　榮譽與服務事蹟
　　1.獲國立台中教育大學「教學優良教師」以及多次「學術研究特殊表現」獎勵
　　2.歷年擔任國內學術研討會、學術期刊、教育局論文徵選等等之論文審查委員
　　3.歷年擔任全國中小學科學展覽評審委員、大學評鑑委員以及金鼎獎評審委員
　　4.曾任「中華民國科學教育學會」理事以及「科學教育學刊」(TSSCI之一)執行編輯
　　5.著作《玩出創意2：48個酷炫科學魔術》一書（書泉出版社），榮獲2012年第36屆金鼎獎（兒童及少年圖書獎-科學類）
　　6.獲「科技部特殊優秀人才」獎勵共三次

1.不出軌的輪子
不需要控制，會自己轉彎的輪子！

器材：橡皮塞、牙籤、電線、熱熔膠 

操作過程與現象

汽車用方向盤控制輪子方向以進行轉彎，火車沒有方向盤，主要是靠鐵軌導引來轉彎，因此火車的輪子設計就很重要。如果不仔細觀察，火車的輪子看起來好像是平的，但實際上不是平的喔！為什麼火車的輪子不是平的呢？讓我們來實驗一下不同形狀的輪子，在轉彎時有何差別？

圖一有甲、乙、丙三種輪子；甲是平的輪子（以圓筒塑膠管代替）；乙和丙是用牙籤當車軸軸心，插入橡皮塞當車輪，乙是內緣小、邊緣大的輪子；而丙反過來是內緣大、邊緣小的輪子。

鐵軌以高壓電電線（高度較高，一般電線太小）用熱熔膠黏貼在木板上。製作好彎曲的鐵軌後，稍微墊高，成為斜坡，再將甲、乙、丙三種輪子分別放在鐵軌上自由滾動（如圖二），觀察三種輪子是否能夠在鐵軌上自動轉彎，而不會出軌？

由實驗結果可以發現只有「丙」可以在鐵軌上轉彎，甲和乙都很容易出軌！

因此火車為了增加轉彎的穩定性，火車輪子的實際構造（如圖三、圖四），類似丙的結構，輪子的內緣略大於外緣。

原理

原理如下圖。由軌道起點A經過左彎（讀者的左邊）的彎道到B時，軌道會偏到輪子的右邊；此時平筒式的輪子「甲」因為維持原來運動方向而出軌。至於「乙」的輪子，在B點時由於軌道偏到輪子的右邊，因此整組輪子會左傾，反之「丙」的輪子是右傾。由於重力（即重量，紅色箭頭）朝下，使得已經傾斜的乙、丙輪子，都有一個f1的分力（藍色箭頭）。而乙輪子的f1分力朝左，此分力使乙輪子繼續往左偏，因此容易使輪子脫離軌道。而丙輪子的f1分力朝右，此分力會使丙輪子往右偏移，幫助輪子回到軌道中央，因此丙輪子就比較不容易出軌。

除了以分力解釋，也可以由輪子「轉動圈數」的差異來解釋（角速度差異）。例如乙輪子在B點時，軌道與左邊輪子的接觸點接近內側，而與右邊輪子的接觸點接近外側，因此乙輪子滾動星同距離時，左邊輪子滾動的角度較大（因為輪子內側圓周長較小），右邊輪子滾動的角度則較小，因此乙輪子傾向於往右滾動，容易在B點出軌了。反之丙輪子傾向於往左滾動，在B點就不會出軌了。