台北市第44届中小学科学展览会作品说明书.doc

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1、臺北市第44屆中小學科學展覽會作品說明書作品名稱：「哇」輪胎會倒轉摘要：當觀看電視影片時，前進的車輛輪胎竟然會倒轉，並讓我們有錯覺車輛是緩慢往後走，此研究主要想利用自行車，探討產生此逆轉現象的原因，發覺這跟人的視覺暫留有重大的關係，並進一步想找出發生逆轉與車速、輪條數目變化之間的關係，希望運用這個原理，偵測路上自行車的行進速率，檢測是否超速，以達到安全騎乘自行車的目的。關鍵字：馬車輪效應(Wagon-wheeleffect)、攝影機畫格(frame/sec)、視覺暫留(Persistenceofvision)成員:六年三班謝安亭六年三班方亭云六年三班盧允芃六年三

2、班王上瑋指導老師:陳堅鴻老師24壹、研究動機常常在電視上看到汽車畫面時，輪圈的幅條旋轉的方向竟然與行進方向相反，看起來就像是車子像前進，輪子卻倒著轉的奇怪現象；夏天時，天氣炎熱，家裡常會吹電風扇，風扇竟然也跟車輛輪胎一樣發生倒轉，這些現象引起我們想要研究的好奇心，到底是什麼原因造成物體實際旋轉方向跟視覺觀察的旋轉方向，竟然會如此不一致。前陣子，引起一陣玩戰鬥陀螺風波，許多男孩子都在收集不同樣式的戰鬥陀囉。一直看著陀螺轉呀轉呀，藍紅相間的花紋，旋轉時應該會變成紫色呀？啊！怎麼當達到一定的轉速後，竟變成淡淡的粉紅色了呢？到底是什麼原理讓它看起來好像顏色變了呢？常常在

3、新聞上看到許多因為在開車、騎乘摩托車或腳踏車時，因為速度過快，而造成許多危險事故的發生。我們可不可以找到更多新穎別緻的方法讓這些事故減少，卻不會像雷達測速器那麼昂貴，但又可以更便宜且方便的方法呢?剛好我們學習的單元：簡單機械，探討機械的原理，我們也希望能夠藉由這次的科展實驗，來探討出此效應，並應用於日常生活之中，能估計行進中車輛的車速，減少意外事故的發生。24貳、研究目的觀察影片上的車輛，車輪為何會一下子順時針轉，一下逆時針轉，這跟車速有什麼關係？還是輪胎的關係呢？希望我們能夠藉由這次科學展覽的實驗，來探討車輪轉速是否為影響此輪胎會倒轉的最大原因，並進行解釋，這

4、是否跟視覺暫留有關?如果是的話，進一步研究人類的眼睛在一樣的速度下，是否有一定的靜止時間?計算出視覺暫留形成的時間差，能否利用此視覺暫留的原理來判斷車輛速度呢?更明確地說，期望利用這次研究的結果，製造出一個可以用視覺判斷速度的「速度偵測器」，來以防減少意外的發生。這次研究的目的是想要知道如何讓駕駛及週遭的每個人，可以簡單的利用車輪逆轉的情況與顏色變化，來分辨是否超速，也可以隨時在意外發生前警惕到即將發生的車禍。當實際作實驗時，探討此輪胎逆轉之現象時，發現用眼睛實際觀測(不會逆轉)跟用錄影事後觀測(會逆轉)，竟然有不一致的效果，不是眼見為憑嗎?令人不可置信，這兩者

5、的差異，又是什麼原因造成呢?為了解釋上述的種種現現，我們設定以下的研究目的：研究一、認識Wagon-wheeleffect馬車輪效應/頻閃觀察的成因:（a）透過文獻認識Wagon-wheeleffect馬車輪效應/頻閃觀察的成因。研究二、透過不同幅條探討轉速與馬車輪效應的關係:（b）製作可以控速的電動轉盤，以便進行研究觀察。（c）製作1、2、3、4、5、6數量的幅條，觀察速度快慢的差異。（d）製作腳踏車幅條，並探討發生Wagon-wheeleffect馬車輪效應與速度的關係。研究三、肉眼觀察與攝影機:（a）實際觀察自行車車輪發生Wagon-wheeleffect

6、馬車輪效應的變化。（b）比較肉眼與攝影機錄製效果的差異。研究四、透過不同顏色的幅條探討轉速與光的顏色變化的關係。（a）製作不同寬度不同顏色的福條。（b）觀察轉速、福條寬度與顏色變化之關係。研究五、是否可以利用馬車輪效應於自行車安全時速的辨識。（a）利用福條寬度與顏色變化之關係，估計轉速。（b）利用福條數目與逆轉變化之關係，估計轉速。（c）利用轉速，估計車速，並探討估測之準確度。24參、研究設備及器材實驗器具1.車輪尺寸為16”×1.5”的褶疊自行車一部2.12公分排風扇一具3.可變電阻開關一組4.SonyHD攝影機5.Olympus數位相機6.Iphone4手機

7、7.彩色印表機8.感應式測速實驗材料1.72.5*24*1.8木板2.A4影印紙3.膠帶肆、研究過程或方法一、Wagon-wheeleffect馬車輪效應/頻閃觀察的成因與解釋。(a)起始狀態(b)逆時針轉了許多圈後圖一、車輪逆轉效應之解釋。(a)車輪觀察之起始狀態，(b)車輪向左前進，在一視覺暫留時間內，逆時針轉了許多圈後的狀態。車輛明明往前走，輪子卻倒著轉，讓我們有錯覺車輛緩慢往後，為了解釋這種現象，我們發覺這跟視覺暫留是有很大的關係，原來我們的眼睛對光的反應，不會馬上消失，對視網膜的作用，在光停止後，仍保留一段時間，這個時間大約是0.1-0.4秒左右，24

8、這也可以說明當物體在快速