这道竞赛题是利用一张古代弓箭模型射出一支箭,利用箭的运动作为初始能源来完成如下任务:
(1)箭要射中1米远的一块8厘米直径的圆形靶板上。(2)使一瓶色酒(水)倒入一只透明杯中,随后杯子向上举起10厘米。
(3)响起一段不少于10秒的乐音。
(4)在乐音中,一位头部不小于5厘米的模型人戴上一顶帽子。
(5)创造并完成一项任务,自由选泽。
(6)创造并完成一项任务,自由选择。
(7)发出信号,表示各项任务已完成,自由选择。限制条件:1.所有动力和控制器的材料只能用竹条张力、橡筋或物体重力,不能用电器或发条作动力。
2.所有传动装置和装饰美化,材料不限。
3.音响部分不用电器(如录音机、电唱机等)。
4.整个材料成本在50元以内。
5.比赛的总体时间,包括安装、完成规定任务、故事叙述和风格体现,不得超过5分钟。
6.用做箭的长度不得超过40厘米。
7.箭要从发射区开始运动,用来发出动作的装置必须设置在“发射点”,并可延伸到“连锁反应”区内。
8.箭的运动可以直接地完成,也可以通过装置间接地完成。
9.除规定的第(2)条任务必须在箭发射后首先完成,第(7)条任务作为最后一项来完成,其他各项的顺序可以根据所叙述的故事情节来安排。七项任务的完成时间(从射箭到完成信号发出)为30秒。
10.叙述故事与完成任务的时间不超过90秒。
11.参赛队必须提交给裁判两份有关其布置的平面图或示意图的副本,用以说明各项任务(包括自由选择的各项任务)和顺序,并给出完成各项任务所需的估计时间。这些副本仅供裁判评定各项任务之用。
12.不允许损坏或弄脏地板。
计分:
1.比赛时每队有2次射靶机会,第一次射中靶:20分若第一次未射中,第二次射中靶:10分2.倒色酒,杯子上举:20分
3.响起10秒的乐音:20分
4.模型人戴帽:20分
5.自由选择:1—20分
6.自由选择:1—20分
7.结束时发出信号:1—20分
8.两项自由选择和最后发出信号的创造性:1—20分9.执行规定任务的创造性:1—20分10.叙述故事的合理性和艺术性、创造性、幽默感:4—40分
11.参赛队员和道具装饰的效果:1—40分912.整体效果:1—40分
扣分:
1.在规定时间内未完成任务:扣5—100分2.在规定时间内未完成叙述故事:扣1—50分3.不符合限制条件的行为(每次犯规):扣1—100分4.总体时间超过5分钟:扣1—10分5.超过规定成本:扣1—100分
6.一旦箭被射出,在完成任务信号发出之前,参赛队员进入“连锁反应”区域:扣5—100分
赛场布置:
[评述]
连锁反应可以说是这次竞赛中最精彩的一道长期题,无论是在机械设计还是艺术构思方面,都使参赛队员的聪明才智得到充分的发挥。
连锁反应在机械设计方面要求运动员解决以下几个问题:(一)正确无误的触发;(二)连锁环节之间可靠的衔接;(三)巧妙的延时装置,使整个过程在30秒内完成;(四)足够的能量来源以维持反应过程;(五)整个装成置本不能太高。简单地说,这些要求就是:准确性、可靠性、经济性,包含了工程设计中的基本原则,是对未来的经济建设工作的一次模拟和考验。
参赛作品是在各自绝对保密的情况下完成的,因此六个代表队的作品各有特色,风格迥然不同,制作也十分精巧。观后不能不称赞我们中学生的发明创造能力。下面对其中的几个关键问题讨论一下:(一)触发机构:要用箭射中1米外的一块8厘米直径的圆靶,这并不是一件困难的事情。但是要做到准确无误,万无一失谁也不敢保险。一旦触发失败,整个设计的苦心将付之东流。而这次还真有一个队出现了这种情况,箭屡射不中,士气大伤,甚至影响了以后的比赛项目。有些代表队有先见之明,给竹箭设计了一条导轨,以保万无一失。导轨的形状各异,有的是一个长长的圆筒,有的是一根细细的钢丝,这是一个高招。你看到射箭有导轨的吗?没有。可是,参赛队员们打破了这个框框,设计了导轨。看来,尽管竞赛规则制定的很严格,但是只要思路打开了,还是有充分发挥的余地,也是有“空子”可以钻的。当然导轨的摩擦力会影响箭的运动速度,损失掉一部分能量,但是箭的作用仅仅是触发,而不是提供全部能量。
(二)可靠的衔接:其实连锁反应就是把一系列的触发衔接起来的过程。
所以衔接的可靠性是十分重要的。在工程设计中有一个简单的原则,就是使用的机构越复杂,可靠性就越差,因为每一个零件都可能损坏,零件越多,损坏的可能性就越大。所以为了达到同样的功能,装置应该越简单越好。机构越简单,其构思就越需要巧妙。
101.射箭(第1秒钟);2.倒色酒,杯子上升(第4秒钟);3.自选(1)—放画(第4秒钟);4.响起音乐(第5秒钟);5.戴帽子(第7秒钟);6.自选(2)—开动车(第8秒钟);7.结束信号—击破气球(第20秒钟)。
在原理的简单可靠性上,上海队的设计很有新意。他们的主体结构是一个大斜面加上一个小斜面,斜面提供能量又可以延时,他们还大量使用了气球来衔接每个过程,安全可靠,又能起到延时作用。利用气球吹响笛子的方法比八音盒简单得多,而且可靠。
在演示内容的丰富上,要首推广州队。他们制作的一艘大船,琳琅满目,极其精制。据说是动员了全校的同学献策献物,修旧利废制成的,这艘象征在改革航程中的大船,反映了广州市改革开放后出现的新事物,它的连锁反应的机构也最复杂,杠杆、重锤、斜面、气球、齿轮,惯性惰轮都用上了。
他们的想象力和创造力得到了充分的发挥。
广州队的连锁反应操作准确无误,得到全场的好评。其原因和上海队类似:设计布局合理,调整和维修方便。另外在许多触发机构的设计上也注意了可靠性。例如,他们对如何控制喷泉的开关,曾经做过多次实验,使用了大量化学和物理知识。最后才想到,只要把通水的乳胶管折起来,用一个∩形铁丝压住就可以阻止水的喷出,∩形铁丝被橡筋弹开,水就可以喷出来了。
释放“过山车”的方法也十分巧妙,开关线的末端拴上一件重物,重物放在直径很大的高高“摩天轮”上,当“摩天轮”转动时,重物跌落下来就拉开了“过山车”的开关。这也是他们通过多次实验得到的结果。
(三)形形色色的延时机构:连锁反应有一定的时间要求,例如,声音的发出不能少于10秒,整个动作要在30秒内完成并发出结束信号。所以参赛队都使用了延时机构。例如:上海队使用了一个气球放气来延时,放气时同时发声,这个慢慢瘪下去的气球又带动一个杠杆去戳破另一个气球??在工业上利用气囊充放气来延时的例子很多,老式的变电站中就曾用过类似的方法制成延时继电器。
通过注入水流来延长动作时间的方法也被一些队采用,当杯中水的重量达到一定程度时,杠杆就会动作,触发下一个“机关”,这些设计都十分简单明了,运转可靠,反映出中学生可喜的创造才能。
(四)经济的原则:如果这道题目不限制成本,题目的难度就会下降。
在一切发明创造中,经济原则是摆在工程师面前的最大难关之一。各队都是通过废物利用来降低成本的,例如利用玩具上拆下来的减速齿轮等,但是这11不是根本方法,应该在设计上下功夫,上海队这方面做得较好。(附上海队成本表)
最后谈谈艺术构思:参赛队员都发挥了自己的想象力,脚本的内容涉及到古今中外。上海队深刻地发挥了连锁反应的内涵,表现出对地球上生态破坏的关心,指出自然界的生态破坏也会一触即发最后不可收拾。广州队把陶渊明请出了桃源,来到开放城市广州,天津队重现了诸葛亮的草船借箭??
总的来说,连锁反应的比赛是成功的,同学们在创作中体会到乐趣,在动手制作中增长了才干。
(沈宁华)