生活中的科學EP2-重力擺鐘
大家好我是浣熊老師，人類的生活作息與時間密不可分，打從遠古時代開始，原始人便能依靠太陽的位置來判斷時間，也因此演變出日出而作，日落而息的說法。為了能夠更加精準的計算時間，日晷、沙漏、懷錶、機械鐘等各式計時工具相繼被發明出來，在這些計時工具當中，浣熊老師最喜歡的就是運用擒縱系統運作的擺鐘，今天我們可以試著用積木做出以重力為動力的重力擺鐘吧!
就像是真的時鐘在運作一樣，是不是很酷呢~
現在就跟著浣熊老師的腳步一起來製作重力擺鐘吧!
◆組裝步驟
首先我們需要準備5x15長方框、5x10長方框與3孔超長條(圖一)，將它們相互連接後就完成擺鐘的主要結構了(圖二)。
第二步主要使用兩公分系統的下弦顆粒、一公分系統的五孔超長條，最後則是最重要的120度梯形結合器(7432-W10-B1W)(圖三)，我們要使用上述零件製作出簡易的擒縱器結構(圖四)。
第三步會使用到橡膠輪與15孔超長條(圖五)，將15孔超長條延伸後再使用30mm短軸將兩個橡膠輪結合，完成擺錘的設計(圖六)，你也可以試著改變橡膠輪的高度，觀察它與擺鐘擺動頻率之間的關係。
第四步要使用四個二合一結合鍵(圖七)將擒縱器與擺錘結合(圖八)，讓擒縱器和擺錘能夠同步擺動。
第五步我們會需要使用10mm長軸、20T齒輪和軸固定鍵(圖九)，將長軸由擺鐘前方穿入，並依序放入軸固定鍵、擒縱器擺錘組與20T齒輪(圖十)。
第六步主要會使用5x5正方框和各式長條(圖十一)，將它們組成兩個部件(圖十二)，來當作第二根長軸的固定點，因此我們要依照圖式將它們固定在擺鐘的前方(圖十三)。
第七步需要使用30T鍊輪、滑輪、10mm長軸、軸固定鍵以及棉繩(圖十四)。將長軸由後方穿入前方的框，並將棉繩綁在兩個滑輪之間，組裝時請留意滑輪的方向(圖十五)。
在完成配置後我們可以把兩個滑輪緊密貼合，讓棉線由滑輪的孔洞穿出，完成集線槽的組裝(圖十六)。
最後需依照圖示安裝30T鍊輪與軸固定鍵(圖十七)，30T鍊輪在此可發揮擒縱輪的功能，與擒縱器互相配合。
第八步我們會使用到橡膠輪與軸扣鍵(圖十八)，我們要做的是重力擺鐘，因此需要配重物來當作擺鐘的動力，透過軸扣鍵結合橡膠輪與棉線(圖十九)，完成配重物的安裝，也可以試著使用不同重量的配重物，觀察它們與擺鐘擺動頻率之間的關係。
第九步要使用到長結合鍵、軸轉接器和長條(圖二十)，長結合鍵用於固定擺鐘，軸轉接器和長條則是可以製作出簡易的秒針，讓我們更容易觀察到擺動的情形(圖二一)。
這樣我們的重力擺鐘就大功告成了，我們可以透過長結合鍵將它固定在底盤牆上，接著就要來幫它「上發條」，將20T齒輪與擒縱器往後方移動，接著逆時針旋轉長軸，讓滑輪將帶有重物的棉繩捲起，完成後再把20T齒輪與擒縱器推回前方，確保下弦顆粒與30T鍊輪相互碰觸(影片一)。
如果你的重力擺鐘無法順利運作，可以調整擒縱器的位置，即下弦顆粒或是5孔超長條的角度(圖二二)，讓擺錘在進行單擺運動時僅稍微接觸到30T鍊輪的尖端(齒)。
你也可以在擺鐘的後方加上鉤子(圖二三)，讓它能夠掛在隔板或是牆上哦(影片二)!
◆結語
時鐘可以幫助我們得知時間，養成良好的生活作息，其演進史也橫跨了很長的一段時間，運用到許多不同的科學原理與機械結構。日常生活中有許多發明與時鐘一樣都是透過前人累積的智慧結晶構成的，有了他們的努力，我們現在的生活才能夠如此便利!
◆科學原理
重力擺鐘主要使用到單擺的科學原理以及擒縱系統。單擺原理最早由伽利略提出，他發現單擺的擺動有一定的規律，且其週期與繩子的長度有關，這便是「擺的等時性」。擒縱系統最早可以追溯至希臘，為早期擺鐘主要的機械結構。主要分為擒縱輪與擒縱器，透過單擺的週期性擺動可以讓擒縱器以固定的頻率釋放擒縱輪，產生如同秒針一般的轉動軌跡。
◆課綱參考：
ai-Ⅴc-3 體會生活中處處都會運用到科學， 而能欣賞科學的重要性。
PEb-Ⅴc-5 摩擦力、正向力、彈力等常見的作用力。
Eb-Ⅳ-13 物體的質量決定其慣性大小。
◆參考資料：
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