《以卵擊石》課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告

項(xiàng)目名稱：氣球、緩沖架結(jié)合型雞蛋撞地球試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱黜?xiàng)目組組成員：姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)hao專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師：報(bào)告提交時(shí)間：年月日、項(xiàng)目目的與要求項(xiàng)目目的本項(xiàng)目是面向本科學(xué)生選修的“創(chuàng)新實(shí)踐”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊。“以卵擊石”結(jié)構(gòu)創(chuàng)意設(shè)計(jì)活動(dòng)包含豐富的科學(xué)知識(shí)，涉及物理學(xué)中壓強(qiáng)、沖量、物體平衡、空氣動(dòng)力學(xué)等科學(xué)原理，對(duì)學(xué)生思維方法的培養(yǎng)和鍛煉極為有利。在學(xué)習(xí)掌握創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新技法的基礎(chǔ)上，學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行“以卵擊石”結(jié)構(gòu)創(chuàng)意設(shè)計(jì)活動(dòng)。通過(guò)模擬飛行器的著落，引導(dǎo)學(xué)生從降落傘等高空落物及物品包裝抗震防震等力學(xué)原理中得到啟發(fā)，設(shè)計(jì)“結(jié)構(gòu)合理、定點(diǎn)落地、平穩(wěn)著落、構(gòu)思新穎”的作品，以競(jìng)賽的形式完成成績(jī)?cè)u(píng)定。為學(xué)生提供自我展示的平臺(tái)，以促進(jìn)學(xué)術(shù)科技的交流，形成相互啟發(fā)的優(yōu)秀學(xué)風(fēng)。讓同學(xué)們?cè)趫F(tuán)隊(duì)合作中，碰撞思維火花，激發(fā)智慧與靈感，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐動(dòng)手能力。項(xiàng)目要求項(xiàng)目以團(tuán)隊(duì)（成員5人）合作完成。團(tuán)隊(duì)討論填寫(xiě)項(xiàng)目申報(bào)表，確定項(xiàng)目，團(tuán)隊(duì)成員分工明確；在老師指導(dǎo)下學(xué)習(xí)討論，分析雞蛋的屬性特點(diǎn)，通過(guò)模擬飛行器的著落，引導(dǎo)學(xué)生從降落傘等高空落物及物品包裝抗震防震等力學(xué)原理中得到啟發(fā)，設(shè)計(jì)“結(jié)構(gòu)合理、定點(diǎn)落地、平穩(wěn)著落、構(gòu)思新穎”的作品，完成降落試驗(yàn)；團(tuán)隊(duì)成員動(dòng)手能力強(qiáng)，科學(xué)思維能力強(qiáng)，在試驗(yàn)中能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，理論思維，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。二、設(shè)計(jì)與制作方案鑒于航空航天飛行器安全著陸的相關(guān)背景，可以引出較為基礎(chǔ)的雞蛋撞地球試驗(yàn)。作為全面發(fā)展的大學(xué)生，應(yīng)充分發(fā)揮創(chuàng)造能力，把學(xué)習(xí)知識(shí)融入到實(shí)踐中，讓同學(xué)們明白科技創(chuàng)新不是一定要搞大的發(fā)明，大的創(chuàng)造，其實(shí)都是來(lái)源于生活的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，只要你善于觀察善于總結(jié)，那么創(chuàng)新才會(huì)得以實(shí)現(xiàn)；同時(shí)可以提高同學(xué)的動(dòng)手動(dòng)腦能力、創(chuàng)新意識(shí)及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。為每一位同學(xué)提供一個(gè)表現(xiàn)自我、展現(xiàn)自我的平臺(tái)，從而完善自我、升華自我。在校形成良好的學(xué)習(xí)氛圍，促進(jìn)優(yōu)秀人才的涌現(xiàn)，走學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合之路。用我們通常保護(hù)易碎物品的塑料氣泡薄膜包住雞蛋，起到緩沖作用。然后把雞蛋裝進(jìn)一個(gè)有彈性的或比較軟的容器中，用形變量減少動(dòng)量，機(jī)械能守恒。如果還不放心，那么可以再加幾個(gè)氣球，增大阻力。注：如果盒子不是很夠標(biāo)準(zhǔn)，那么可在里面填上棉花、紗布等再放上雞蛋，再把盒子裝滿，封緊就可以了。（活動(dòng)材料：若干雞蛋、泡沫、氣球、吸管、膠布、筷子、繩子、筷子、剪刀）收集有關(guān)資料及調(diào)查，目前比較成熟的方案有以下幾種:1、降落傘型：就是利用降落傘，增大空氣阻力，以使雞蛋連同整個(gè)裝置平穩(wěn)落地。這種方案最容易想到，因?yàn)樘鴤?、宇宙飛船減速，都運(yùn)用了這個(gè)方法，效果很好。安全性極高，使整個(gè)裝置達(dá)到較小的速度即可勻速下落。唯一的缺點(diǎn)就是：受大氣擾動(dòng)影響太厲害，會(huì)使實(shí)驗(yàn)裝置飄忽不定，準(zhǔn)確性較差，往往不能落到指定位置，從而影響了比賽成績(jī)。2、外包裝型：就是用較多的減震材料將雞蛋嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)地包裹起來(lái)。比如泡沫、棉花、各種填充材料等。通過(guò)這些材料的緩沖作用，達(dá)到保護(hù)雞蛋的目的。這種方案也較容易想到。平常生活中用各種填充材料保護(hù)貴重用品的方法相信大家都見(jiàn)到過(guò)。這的確是一個(gè)有效的方法。這種方案由于受空氣阻力影響很小，所以準(zhǔn)確性較高。由于所使用的材料都是密度極小的，所以可將整個(gè)裝置的重量降到最低。但美中不足的是：整個(gè)裝置是自由下落狀態(tài)，到達(dá)地面時(shí)的速度較大，因而對(duì)裝置的堅(jiān)固度和緩沖效果要求較高，安全性稍差一點(diǎn)。3、不倒翁型：就是使整個(gè)裝置像不倒翁一樣，把重心盡可能降低，使得裝置下落時(shí)能保持穩(wěn)定狀態(tài)，確保始終讓一個(gè)面著地。那么保護(hù)工作只需要在這一個(gè)面做好就行了，從而節(jié)省了材料。這種方案充分考慮到了上一種方案可能出現(xiàn)在空中翻滾現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)改進(jìn)形成的。其可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于第一種方案，材料更節(jié)省，準(zhǔn)確性更高。美中不足的就是為了確保裝置的重心降低，勢(shì)必要在底部放上一個(gè)質(zhì)量較大的物體，這就大大加重整個(gè)裝置，將影響比賽成績(jī)。4、多面體型：就是把整個(gè)裝置制作成一個(gè)多面體，將雞蛋用結(jié)實(shí)的繩子固定在多面體的中央，使整個(gè)雞蛋懸空。裝置落地后，不論哪個(gè)面著地，雞蛋都不會(huì)著地，雞蛋就完好無(wú)損了。這種方案無(wú)需額外的材料，只需要制作多面體的骨架和幾根線即可，用料極其節(jié)省，因而重量會(huì)大大降低。因受空氣阻力較小，所以穩(wěn)定性較好。但這種方案也有一個(gè)大的缺點(diǎn)就是多面體不易扎制，結(jié)實(shí)程度不高，落地后可能會(huì)散架，雞蛋也就岌岌可危了。5、雙氣球型：就是將雞蛋放在一個(gè)氣球中，充入一定量空氣，在外面再套一個(gè)氣球，充入適量空氣。這樣兩層氣球之間就會(huì)形成一個(gè)氣墊，會(huì)使雞蛋免受地面的沖擊。這種方案所用材料應(yīng)該是所有方案中最省的，重量只是兩個(gè)氣球的重量，幾乎可以忽略不計(jì)。但這種方案有一個(gè)致命的缺點(diǎn)就是兩層氣球之間有一塊是緊密接觸的，其穩(wěn)定性也不是很好。6、螺旋槳型：就是在整個(gè)裝置上方安置一個(gè)螺旋槳，靠流動(dòng)的空氣推動(dòng)或遙控，使螺旋槳旋轉(zhuǎn)起來(lái)，以提高安全性和準(zhǔn)確度。這極像直升飛機(jī)的飛行原理。這種方案因螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)而減小了裝置下落的速度，安全性更高。如果是遙控，準(zhǔn)確性也會(huì)很高。7、滑翔機(jī)型：就是將雞蛋懸掛在滑翔機(jī)下方，整個(gè)裝置就會(huì)在空氣中滑翔，最后會(huì)平穩(wěn)地降落。這種方案準(zhǔn)確性極差，降落地點(diǎn)不確定。8、鹽水型：就是配一個(gè)密度很大的氯化鈉溶液，讓雞蛋漂浮在上面，落地后鹽水就充當(dāng)了緩沖材料，保證雞蛋不破。這種方案新穎獨(dú)特，用鹽水作緩沖，安全性較高，受到空氣阻力影響很小，準(zhǔn)確性較高。但裝置不易控制，如果裝置在空中翻滾，鹽水灑出，就起不到保護(hù)作用了，因此，一定要保證裝置重心要穩(wěn)，并盡可能降低。這種裝置的重量問(wèn)題也是不容忽視的，畢竟，鹽水的密度要比泡沫大得多。9、吸管組型：用幾根吸管綁在一起做成吸管組，將幾組吸管組搭成金字塔形，將雞蛋夾在中間，用膠條固定。吸管由于是中空的，可以起到緩沖作用。10、綜合型：就是將幾種保護(hù)措施結(jié)合起來(lái)使用，造出的裝置也是五花八門(mén)。綜合型裝置的安全性肯定會(huì)大大提高。，這是毫無(wú)疑問(wèn)的。準(zhǔn)確性很難說(shuō)究竟是提高了還是下降了。收集流體力學(xué)和相關(guān)力學(xué)理論知識(shí)，設(shè)計(jì)制作的運(yùn)動(dòng)學(xué)學(xué)分析有：1、動(dòng)量定理表達(dá)式：Ft=Ap其中△?指的是動(dòng)量的變化，F(xiàn)指的是沖力的大小，t指的是力的作用時(shí)間。由于雞蛋在下落的過(guò)程中，動(dòng)量的變化△?一定，雞蛋所受的力F與力的作用時(shí)間t成反比，即t越大，F(xiàn)就越小，作用在雞蛋上的力就越小。這樣，雞蛋就不容易碎了。2、由空中垂直下落的物體所受空氣阻力f與空氣的密度p、物體的有效橫截面積S、下落的速率v的平方成正比，阻力的大小可表示為f=CpSv2，其中C為阻力系數(shù)，一般在0.2?0.5之間，p=1.2kg/m3，物體下落經(jīng)過(guò)一段時(shí)間將達(dá)勻速，這稱為終極速率。我們可以發(fā)現(xiàn)如下的一些日?，F(xiàn)象：雨滴在空氣中下落，速度越來(lái)越快，所受空氣阻力也越來(lái)越大。當(dāng)阻力增加到與雨滴所受重力相等時(shí)，二力平衡，雨滴開(kāi)始勻速下落。跳傘運(yùn)動(dòng)員在空中張開(kāi)降落傘，憑借著降落傘較大的橫截面積取得較大的空氣阻力，得以比較緩慢地降落。這些都是這個(gè)公式在生活中的應(yīng)用。明白了這以后，就不會(huì)認(rèn)為裝置的加速度是9.8m/s2了。3、一切物體都具有慣性。在“高空墜蛋”整個(gè)裝置落地的一瞬間，裝置靜止，然而雞蛋由于慣性，還會(huì)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，造成與裝置擠壓、碰撞，容易損壞。如何將雞蛋由于具有慣性而造成的影響降到最低，還需要我們進(jìn)一步分析解決。我們小組通過(guò)頭腦風(fēng)暴法，最后決定采取緩沖架和氣球相結(jié)合的方法進(jìn)行雞蛋撞地球的模型制作。并且根據(jù)所學(xué)流體力學(xué)的相關(guān)知識(shí)和理論,對(duì)模型下落進(jìn)行了浮力、速度、動(dòng)能、沖量的分析，能夠讓雞蛋撞地球模型能夠平穩(wěn)的落到中心。通過(guò)頭腦風(fēng)暴和相關(guān)分析，我們打算將A3紙張卷成直徑3mm左右的細(xì)長(zhǎng)圓管，制作細(xì)長(zhǎng)圓管6跟，然后拼成一個(gè)正四面體的緩沖架，接下來(lái)在緩沖架內(nèi)部制作一個(gè)放置雞蛋的平臺(tái)，為了起到更大的緩沖作用，然后在緩沖架上綁上4個(gè)氣球。三、設(shè)計(jì)與制作過(guò)程在進(jìn)行雞蛋撞地球模型制作之前，我們通過(guò)收集資料和理論分析準(zhǔn)備一些材料，其中有：A3紙6張，礦泉水瓶一個(gè)，氣球4個(gè)，雞蛋一個(gè)，繩子若干，透明膠，520瞬十膠，泡沫和海綿若干，剪刀，膠水。有了材料過(guò)后，在課堂上我們進(jìn)行了氣球、緩沖架結(jié)合型雞蛋撞地球試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱?。首先，我們小組5個(gè)人進(jìn)行了A3紙卷成細(xì)長(zhǎng)圓管的工作，將6張A3紙全部卷完過(guò)后，進(jìn)行了緩沖架的組裝，將6根細(xì)長(zhǎng)圓管等長(zhǎng)度捆綁，即將6根細(xì)長(zhǎng)圓管用繩子綁成正四面體，將緩沖架進(jìn)行固定之后，再將緩沖架每一個(gè)捆綁處進(jìn)行520瞬十膠加固，待緩沖架穩(wěn)固之后，進(jìn)行了雞蛋放置處的制作。首先，將礦泉水瓶距離底部12cm處剪開(kāi)，將剪開(kāi)過(guò)后的類圓柱體部分底部用尖銳的刀子打了三個(gè)孔，用繩線將其固定在緩沖架的底面三個(gè)節(jié)點(diǎn)處，要求盡量使放置臺(tái)處于緩沖架的中心，然后在靠近頂部的區(qū)域?qū)ΨQ打2個(gè)小孔，然后將其固定在緩沖架的頂角處，精心制作，是放置處穩(wěn)定在緩沖架的中心，然后在類圓柱體內(nèi)放入海綿，使雞蛋在放置處內(nèi)穩(wěn)定，并且直接起到對(duì)雞蛋緩沖的作用，接下來(lái)再在緩沖架的底面三個(gè)節(jié)點(diǎn)處的下方用透明膠固定三個(gè)小泡沫，防止緩沖架下落后側(cè)翻，最后在緩沖架的頂角節(jié)點(diǎn)處綁上四個(gè)氣球。這樣，我們的氣球、緩沖架結(jié)合型雞蛋撞地球試驗(yàn)?zāi)Ｐ途椭谱鞒晒α?，我們?cè)谥谱骱筮M(jìn)行了四樓處的試驗(yàn)，緩沖架平穩(wěn)落地，雞蛋完好。四、結(jié)果與討論在進(jìn)行雞蛋撞地球模型比賽的時(shí)候，我們選取的樓層為5樓，相比于試驗(yàn)時(shí)候的挑戰(zhàn)難度有所增加，結(jié)果我們的氣球、緩沖架結(jié)合型雞蛋撞地球試驗(yàn)?zāi)Ｐ推椒€(wěn)落地，雞蛋完好，但是落點(diǎn)確出現(xiàn)了較大的偏差，沒(méi)有落在要求的范圍內(nèi)，這雖然與試驗(yàn)者當(dāng)時(shí)的某些因素有關(guān)，但更多的是我們沒(méi)有將問(wèn)題考慮完整，沒(méi)有將風(fēng)速的影響考慮得這么清楚，所以造成了落點(diǎn)的偏差。還有就是我們?cè)谠囼?yàn)的時(shí)候沒(méi)有注意到落點(diǎn)偏差的問(wèn)題，僅僅只是看到裝置平穩(wěn)落地，雞蛋完好就以為能夠達(dá)到老師的要求，就沒(méi)有對(duì)氣球、緩沖架結(jié)合型雞蛋撞地球試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行改進(jìn)，致使比賽結(jié)果不怎么令人滿意。總之，這次的比賽結(jié)果還是不錯(cuò)，氣球、緩沖架結(jié)合型雞蛋撞地球試驗(yàn)?zāi)Ｐ推椒€(wěn)落地，雞蛋完好，并且滿足了裝置重量不超過(guò)150g的最高要求，雖然沒(méi)有落到中心，有點(diǎn)讓人遺憾，但能夠達(dá)到這個(gè)效果，還是可以的。同時(shí)，這也警示我們以后考慮問(wèn)題要完整清晰，是自己的創(chuàng)新思維有更大的提高。附錄感想與收獲:古代人常用“雞蛋碰石頭”來(lái)比喻自不量力?？梢?jiàn)，雞蛋是極易碎的，輕輕一磕就碎了。如果說(shuō)雞蛋能從十幾米高的地方落下而安然無(wú)恙，那簡(jiǎn)直就是天方夜譚。但是科學(xué)有時(shí)能將不可思議的事情變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。這次的創(chuàng)新實(shí)踐課，就讓我們走進(jìn)這個(gè)神話首先，讓我們了解一下從十幾米的高空落下是一個(gè)什么概念。不難算出，若不計(jì)空氣阻力，物體落地時(shí)的速度將達(dá)到十多米每秒。為了讓大家更好地明白這么快的速度將產(chǎn)生什么樣的作用效果，我打一個(gè)比方，這就好比一輛時(shí)速達(dá)40km/h的汽車突然撞到了墻上，后果可想而知。如果不采取任何措施，不要說(shuō)是雞蛋，就是一塊石頭，恐怕也要粉身碎骨。這樣一件看似不可能的事情，是否就不可辦到呢？不是的，科學(xué)的魅力正在于此。只要我們依據(jù)正確的科學(xué)道理，提出可行的解決方案，再經(jīng)過(guò)一次次實(shí)踐的檢驗(yàn)，不斷改進(jìn)，我們的雞蛋撞地球而不破是完全可以辦到的。通過(guò)大家的努力，我們合作完成的裝置在實(shí)驗(yàn)時(shí)，成功的保護(hù)了雞蛋。對(duì)于這次的創(chuàng)新實(shí)踐我們收獲良多。這門(mén)課程讓我們學(xué)習(xí)到了除了書(shū)本之外的很多東西，比如創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，還能提高自己思維的敏捷度。創(chuàng)造學(xué)是研究人類創(chuàng)造活動(dòng)規(guī)律和方法，探索其過(guò)程，特點(diǎn)和機(jī)理，開(kāi)發(fā)人們創(chuàng)造力的科學(xué)。創(chuàng)造學(xué)的研究目的就是把研究探索出來(lái)的創(chuàng)造發(fā)明規(guī)律應(yīng)用于一般人的創(chuàng)造活動(dòng)過(guò)程中，有效地開(kāi)發(fā)人們的創(chuàng)造能力，培養(yǎng)其創(chuàng)造性，增強(qiáng)其創(chuàng)造力，從而不斷提高人們創(chuàng)造活動(dòng)的質(zhì)量直至產(chǎn)生獨(dú)特性的價(jià)值。其根本宗旨，總結(jié)和歸納創(chuàng)造的一般方法，特點(diǎn)和規(guī)律，培養(yǎng)和開(kāi)發(fā)人得創(chuàng)造力，挖掘人類的最大潛能。我覺(jué)得本課程是以開(kāi)發(fā)和提高為目標(biāo)，闡述創(chuàng)造學(xué)的基本理論以提高個(gè)體