生活中的科學

生活中的科學EP6-越野車沙坑實驗

浣熊老師

Apr 26, 2023 • 10 min read

大家好我是浣熊老師，每個男生小時候都夢想有一台帥氣的越野車，今天我們就要來使用積木製作一台越野車，並搭配各式各樣的實驗來檢測它的性能，並將它改造得越來越厲害!

越野車是一種主打性能與實用度的汽車，透過加高的底盤、摩擦力大的輪胎、強大的扭力和堅固的車身等設計能夠讓它輕鬆翻越崎嶇不平的地形，最為人熟知的有吉普車、SUV等車型。

現在就讓浣熊老師一步步教大家如何製作越野車吧!

◆組裝步驟

第一步需要先製作出吉普車的動力機構，因此會使用到50倍行星齒輪馬達(7447-W85-C)、馬達短軸、20T齒輪、3孔超長條以及短結合鍵(圖一)，將它們依照圖示組裝，完成動力機構的設計(圖二)。

第二步要來製作吉普車堅硬的車體，因此會使用之前出現過的3x13孔超長方框(圖三)，將兩個3x13孔超長方框分別組裝在動力機構的左右兩側(圖四)。

第三步要製作吉普車的車頭，主要使用5x10長方框與短結合鍵(圖五)，將短結合鍵依照圖示組裝在5x10長方框上，完成A部件以及B部件(圖六)。

接著將A、B部件安裝在動力機構的3x13孔超長方框上，完成吉普車的車頭(圖七)。

第四步要來安裝吉普車的前輪，我們這邊使用的是OD60x25mm塑膠輪框(7407-W10-B1W)、OD60x25mm橡膠輪胎(7407-W10-A1D)以及100mm長軸(圖八)，將它們依照圖示安裝在車體前方(圖九)。

第五步要安裝吉普車的後輪，除了OD60x25mm塑膠輪框、OD60x25mm橡膠輪胎和100mm長軸之外需要再準備20T齒輪以及軸固定鍵(圖十)，將它們依照圖示安裝在車體後方，並確保兩個20T齒輪之間互相嚙合(圖十一)。

第六步要製作吉普車的前保險桿，會使用到11孔長條與長結合鍵(圖十二)，將長結合鍵依照圖示組裝在11孔長條上，完成兩個C部件(圖十三)。

接著將C部件分別安裝在5x10孔長方框的上下兩側，完成吉普車的前保險桿(圖十四)。

第七步要來安裝越野車的控制系統，這裡使用4頻IR三控接收電池盒(7408-W85-A2)以及5孔長條 (圖十五)，依照圖示將5孔長條組裝在4頻IR三控接收電池盒上(圖十六)。

接著將它們固定在吉普車上 (圖十七)，完成後將50倍行星齒輪馬達的接頭插入4頻IR三控接收電池盒，如此一來我們就可以透過4頻IR三控遙控器(7337-W85-A3)來遙控越野車(影片一)。

(影片一)

◆沙坑實驗

既然都做出越野車模型了，當然要測試看看它是否能像真的越野車一樣征服各種陡峭的路段，我們準備了一段仿真的沙坑路段來進行各種不同的實驗(影片二)，試著透過實驗把這台越野車改造成外觀與實用度兼具的猛獸吧!

首先要進行的是實驗一-輪胎種類，在這個實驗中我們會發現即便是OD60x25mm橡膠輪胎也沒辦法在沙坑上產生足夠的抓地力，導致輪胎不斷地在沙坑上打滑，因此我們將輪胎替換為OD80x30mm橡膠輪胎(7408-W10-C1D)此種輪胎的胎紋能夠產生較大的抓地力與摩擦力，讓越野車得以在沙坑上進行移動(影片三)。

(影片三)

接著要進行的是實驗二-重心配置，在這個實驗中我們會使用三個配重物來測試不同的重心配置對越野車會有什麼樣的影響，首先將一個配重物放置於越野車前方，我們可以觀察到越野車因為無法承受配重物的重量而停在原地，接著將配重物轉移到後方時，可以觀察到即使配重物的數量增加至三個，越野車也能夠順利前進。因此我們可以推測出當配重物或重心靠近驅動輪上方時(本越野車為後輪驅動)，可以增加驅動輪與路面的摩擦力，達到較好的運作效果，只要後方放置了一個配重物，就算前方的配重物增加至兩個，越野車也能夠順利前進。(影片四)。

(影片四)

最後要進行的是實驗三-齒輪比，在這個實驗中我們要檢測越野車的爬坡能力，因此我們在沙坑中間堆出了一座沙丘，在第一次爬坡時越野車因為扭力不足，無法成功翻越沙丘，因此我們將後輪上的20T齒輪替換為60T齒輪，使得越野車的齒輪比由原先的1:1改為1:3，增加了三倍的扭力後搭配後方的配重物成功翻越沙丘(影片五)。

(影片五)

在將越野車調整為最佳狀態後，我們使用了一些零件製作出越野車的擋風玻璃以及後車斗，你也可以試著發揮創意，增加像是車門、後視鏡等小配件哦!

最後我們可以依照實驗二的結論在後方安裝一個配重物，如此一來這台兼具美觀與實用度的越野車就完成了(影片六)。

(影片六)

◆結語

在這次的活動中，我們使用了不同的實驗來改進越野車的性能，實驗是一種檢測以及證明假設的方法，而在實驗中會影響到實驗結果的因素則稱為變因，在進行實驗時，只能改變一種變因(即應變變因)，其他皆必須保持不變(即控制變因)，以實驗一舉例，應變變因為輪胎的種類，控制變因為越野車的重心、齒輪比、電壓..等，在更換輪胎前後都必須確保控制變因維持相同，才能讓實驗的結果準確。確立準確的實驗方法是現代科學進步的一項里程碑，你也可以試試看，提出假設並試著設計實驗來驗證它吧!

今天的分享就到這邊，喜歡這篇文章的話記得幫浣熊老師大力分享出去，我們下次見囉，拜拜！

◆科學原理

在越野車模型中，我們使用了非常多的科學原理，包含紅外線感測、摩擦力、重心、電學..等，今天我們要介紹的是應用非常廣泛卻很難被注意到的紅外線。紅外線又可被稱為紅外光，是一種波長介於760奈米（nm）到1毫米（mm）之間的一種光波 (圖十八)，紅外線的波長大於肉眼可見的波長（360 - 400奈米~760 - 830奈米），因此需要使用專業的儀器才能看見，其經常應用在各類遙控器上，如:冷氣、電視、鐵捲門..等，讓人類得以透過無線的方式遙控機器，此外物體所散發的熱輻射也屬於紅外線，因此也衍生出紅外線熱像儀等偵測溫度的發明。