生活中的科學EP9-雨傘
大家好我是浣熊老師，臺灣位處熱帶與副熱帶高壓之間，因此每到夏天，梅雨及颱風就會為臺灣帶來豐沛的雨水，如果不想被淋成落湯雞的話，就需要養成隨身攜帶雨傘的好習慣唷。
雨傘是一種能夠遮蔽雨水的發明，最早可以追溯至古代，其中最具代表性的便是唐朝的油紙傘，由竹子製做傘骨，並使用浸泡過桐油的紙張做為傘布。隨著時代的演進，雨傘的耐用度與功能也跟著提升，除了使用金屬傘骨和塑膠傘布之外，還發展出可摺疊、自動收傘等功能，現在就讓浣熊老師一步步教大家如何製做雨傘吧!
◆組裝步驟
第一步我們要來製做雨傘的上巢與傘頂，需要使用到30 mmII軸以及45度多向結合器(7445-W10-A1S)(圖一)，將它們依照圖示結合在一起(圖二)。
第二步要來製做雨傘的傘骨，主要使用到關節鍵、2凸單孔轉向結合器以及15孔超長條 (圖三)，將它們依照圖示組裝成部件A，我們的雨傘一共有六根傘骨，因此部件A一共需要製做六個(圖四)。
接著我們要把傘骨與上巢做結合，將2凸單孔轉向結合器安裝在45度多向結合器的六個凸點上(圖五)。
第三步要來製做雨傘的中棒，需要使用軸轉接器、三孔長條和150 mmI軸(圖六)，將零件依照下圖組裝成部件B ，完成中棒的製作(圖七)。
接著要將中棒與上巢做結合，將軸轉接器安裝在30 mmII軸上(圖八)，在安裝時可以選用結合起來比較緊的軸轉接器和30 mmII軸，若是兩個零件之間的磨擦力不夠大，可能會導致雨傘在張開時解體。
第四步要來製做連接傘骨與下巢的連桿，會使用到3孔超長條、軸扣鍵以及7孔圓角長條(圖九)，將零件依照下圖組裝成部件C，由於部件C需要與傘骨連接，因此同樣需要製做六個(圖十)。
第五步要來結合雨傘下巢以及部件C，需要再準備一個45度多向結合器做為下巢(圖十一)，將六個部件C 的3孔超長條安裝在45度多向結合器上，需確保每個部件C的方向都相同(圖十二)。
第六步要將45度多向結合器(下巢)插入150 mmI軸(中棒) (圖十三)，在安裝時需要確認兩個45度多向結合器的方向是否對齊，若是沒有對齊，需要將下方的45度多向結合器(下巢)拔出，在調整完方向後重新插入。
接著將部件C的軸扣鍵與傘骨結合，雨傘的連桿系統便完成了(圖十四)。
第七步要製做一個簡易腳架來讓雨傘站起來，以便後續進行傘布的安裝，主要使用5x15孔長方框、11孔長條、5孔長條、長結合鍵以及軸轉接器(圖十五)，將它們依照圖示組裝起來(圖十六)，並和150 mmI軸(中棒)進行結合(圖十七)。
第八步我們需要畫一個圓型，因此需要準備15孔超長條、5孔超長條底無孔(7413-W10-W1W)、70mmII軸以及奇異筆來當作簡易的圓規(圖十八)。
第九步要來製做雨傘的傘布，傘布的材質建議使用厚度、強度較高的塑膠袋或垃圾袋來增加雨傘的耐用度。浣熊老師這邊使用的是塑膠袋，將塑膠袋對折兩次並壓平，接著再放上剛才製做好的圓規，以一隻手緊壓70mmII軸，另一隻拿著奇異筆在塑膠袋畫上1/4個圓，就完成一個半徑為20cm的圓型傘布了(影片一)。
接著要在傘布的中間打洞，在攤開前1/4圓的傘布之前可以沿著圖示的黑線處剪開傘布(圖十九)，完成後便能得到一個中間打洞的圓型傘布(圖二十)。
當傘骨在完全張開時，會維持一個稍微向下傾斜的角度，來確保雨水從傘面流下來，為了讓傘面更貼合向下傾斜的傘骨，我們需要將圓型的傘布改造成圓椎型。首先使用量角器在傘面畫出約5~10度的區塊(圖二一)，接著將這段區塊剪下後使用膠帶重新黏合傘布，我們就能得到一塊圓錐形的傘布囉(圖二二)！
第十步要來固定傘布，需要使用20T齒輪以及短紙卡固定鍵(圖二三)，首先將傘布中間的孔洞穿過傘頂(30 mmII軸)，接著插入20T齒輪進行固定(圖二四)。
接著將傘布由中心點向外平壓，對好傘骨(15孔超長條)最外圍的孔洞後使用剪刀等尖銳物品刺破傘布(在操作時需有大人陪同或代為操作)，當傘布的洞與短紙卡固定鍵的大小差不多時，便可以壓下短紙卡固定鍵固定傘布(影片二)，重複此步驟直到六個傘骨都與傘面結合，雨傘的珠尾結構便完成了(圖二五)。
現在我們可以重複收合與打開雨傘，來測試傘骨的功能以及傘面的位置是否正常(影片三)。
第十一步要來製做雨傘的傘把，主要使用3孔1/4弧長條、3孔長條以及軸轉接器(圖二六)，將它們依照圖示組成部件D(圖二七)。
最後可以將第七步製做的腳架拔除、替換成部件D(傘把)，這邊同樣需要使用結合起來比較緊的軸轉接器和30 mmII軸來防止解體，這樣雨傘的模型就完成啦 (圖二八)，現在就讓我們來測試看看它的功能吧٩(๑>∀<๑)۶(影片四)!
◆結語
這次製作的雨傘模型，除了外型、結構與真的雨傘無異之外，它還能夠當做真的雨傘來使用唷，試著用水龍頭流出的水來模擬雨水，將雨傘撐開後放在水龍頭下方，測試看看你的雨傘是否能夠抵擋雨水吧，除此之外，你也可以在傘布上作畫或是替換不同圖案的傘布，創造出一支獨一無二的雨傘吧！
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：
雨傘使用到了連桿的機構，連桿主要由力臂以及可活動的支點組成，最常見的便是具有伸縮功能的剪叉式連桿(影片五)。雨傘中的連桿機構主要用於連接下巢(45度多向結合器)以及傘骨(15孔超長條)，當我們要收起雨傘時，會將下巢往下拉動，此時產生的向下分力會連帶將傘骨向下拉動，反之亦然(影片六)。試著實驗看看，如果改變連桿的連接位置，是否會對連桿的運作造成影響呢？
◆課綱參考：
生 k-V-1 能了解工程與設計的基本知識，如：工程設計流程、動力機構、 結構設計、工程材料、機電控制等。
生 A-IV-2 機構與結構的應用。
生 P-IV-3 手工具的操作與使用 。
設 k-IV-1 能了解日常科技的意涵與設計製作的基本概念。
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◆參考資料：
维基媒体项目贡献者
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