STEAM先锋小队护蛋大作战

Posted 2021-04-03 娃哈哈的哈哈可乐派

学校：温州市籀园小学

班级：2018级8班    

研究者：吴雨轩、叶明轩、邱可荧、陈彦恺、陈星宇

指导老师：陈耀

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2020年12月17日凌晨，嫦娥五号返回器携带月球样品，在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。返回器是怎么安全着陆的呢？我们五个好朋友一开始毫无头绪，后来查找了资料。原来，嫦娥五号返回舱是以接近第二宇宙速度降落地球，但是它并不是直接进入地球，科学家们为它设计了一条轨道，让它先进入地球之后，再离开地球；之后再次进入到地球，此时它的速度就会减缓许多。当返回舱距离地球较近时，此时主降落伞以及引导伞就会相继打开，使返回舱减速。

找到答案后，我们又开始思考如何将鸡蛋保护起来，模拟返回舱，让鸡蛋从10米以上的高空顺利降落。

Blue dream

我们先去图书馆查询资料，手机搜索资料，每个人都画了设计草图。

BLUE

DREAM

2021年2月21日早上，来到学校，陈耀老师再次帮我们梳理了思路，思路更加清晰。

    我们的想法像喷泉一样泉涌，根据不同的科学原理画了思维导图、设计终稿，有参考嫦娥五号保护器的降落伞装置，有参考哆啦A梦的竹蜻蜓装置（自旋翼装置），还有参考滑翔机、气球、无人机等装置原理，设计了6款鸡蛋保护器。

思考、讨论、画图

画完设计稿后，各自找到自己需要的材料工具，开始倒腾起来，有些有难度的环节会和妈妈们一起完成。

没过多久我们的鸡蛋保护装置就做好啦，经过几次15米以上的高空下落实验，我们将各自的设计方案做了测试和评估。

BLUE

DREAM

Blue dream

设计一

2.1 设计一 自旋翼机保护器方案

设计者：叶明轩

设计思路：哆啦A梦的竹蜻蜓让我产生灵感，能否做一个自旋翼机保护器呢？

所需材料：KT板、胶带纸、筷子、轴、碳纤维条、剪刀、胶枪、鸡蛋

设计方案：

1.用KT板制作4旋翼桨；

2.用碳纤维杆当做轴，跟桨组合在一起；

3.用筷子和胶带纸制作框架，将鸡蛋固定在框架中间；

4.将框架和自旋翼组合在一起。

Blue dream

测试记录  测试高度：4层楼 15米以上

测试指标	第一次测试	第二次测试
降落时间	8秒	10秒
降落过程	无风，旋转，缓慢稳定下降	有风，旋转，遇见阻碍物，缓慢稳定下降
测试结果	鸡蛋完好	鸡蛋完好
评估	成功	成功

实验小结：利用了自旋翼机的原理，鸡蛋下落的同时，自旋翼开始运转，产生向上的反作用力，减少自由落体产生的加速度，让鸡蛋缓慢下落。四旋翼和载蛋器利用碳纤维条连接，碳纤维轻、柔韧性强，落地时不容易断裂。鸡蛋固定在较为稳定的三角形四面体内（载蛋器），缓解鸡蛋下落时受到的撞击力。

设计二

2.2 设计二 全气球包围保护器方案

设计者：吴雨轩

设计思路：充气气球下落时都是缓缓下落的，是不是可以将鸡蛋包围在气球里，下落时就可以减速了？

所需材料：气球若干、泡沫鞋撑、胶带纸、鸡蛋

设计方案：

1.将若干彩色气球充足气，扎好待用；

2.用两个泡沫鞋撑将鸡蛋严实包裹并用胶带无缝粘合；

3用胶带将准备好充足气的气球逐个全包围方式黏在鞋撑上。

测试记录 测试高度：4层楼 15米以上

测试指标	第一次测试	第二次测试
降落时间	8秒	6秒
降落过程	有风，斜向缓慢下降并平稳落地。	无风，直线缓慢下降，并平稳落地。
测试结果	鸡蛋完好	鸡蛋完好
评估	成功	成功

实验小结：全包围鸡蛋保护器优点充气时间短，操作简便，缓冲效果显著，使用安全可靠。

设计三

2.3 设计三 降落伞保护器方案

设计者：邱可荧

设计思路：嫦娥五号返回舱利用了降落伞装置，保护器受降落伞装置启发，将鸡蛋连接到降落伞，整个装置在空中降落，最后平稳落地。

所需材料：降落伞、泡沫纸、胶带纸、鸡蛋

设计方案：

1.挑选一个合适的降落伞；

2.用防爆泡沫纸将鸡蛋包裹起来，起到避震的作用；

3.将包裹好的鸡蛋装入泡沫盒中，用胶带密封；

4.选取合适的位置，将鸡蛋和降落伞组合在一起。

Blue dream

测试记录 测试高度：4层楼 15米以上

测试指标	第一次测试	第二次测试
降落时间	5秒	6秒
降落过程	无风，遇障碍物，无障碍物后匀速落地	有风，降落伞方向随风向改变而变化落地
测试结果	鸡蛋完好	鸡蛋完好
评估	成功	成功

实验小结：因为空中降落，降落伞方向会随风向而变化，只靠降落伞装置，下降速度较快，阻力较小。

 

设计四

2.4 设计四 气球降落伞组合保护器

设计者：陈星宇

设计思路：将鸡蛋保护在气球中间，受嫦娥五号返回舱的降落伞装置启发，借助降落伞，让整个装置在空中滑翔，最后平稳落地。

所需材料：降落伞、泡沫纸、泡沫盒、胶带纸、气球、鸡蛋

设计方案：

1. 挑选合适的降落伞；

2.用防爆泡沫纸将鸡蛋严实地包裹起来，起到避震的作用；

3.将包裹好的鸡蛋装入泡沫盒中，用胶带密封；

4.在泡沫盒外面黏上四个气球，将鸡蛋保护在气球中间；

5.选取合适的位置，将鸡蛋和降落伞固定组合在一起。

测试记录 测试高度：4层楼 15米以上

测试指标	第一次测试
降落时间	5秒
降落过程	微风，快速下降、落地
测试结果	鸡蛋完好
评估	成功

实验小结：实验结果不能对落地点做明确规定，因为降落伞滑翔的方向会随风向改变而改变，但安全性能较好。

设计五

2.5 设计五 滑翔机保护器方案

设计者：陈彦恺

设计思路：将鸡蛋固定在滑翔机上，整个装置在空中滑翔，最后平稳落地。

所需材料：滑翔机、胶带纸、泡沫盒、防爆泡沫纸、鸡蛋

设计方案：

1. 挑选合适的滑翔机；

2.用防爆泡沫纸将鸡蛋严实地包裹起来，起到避震的作用；

3.将包裹好的鸡蛋装入泡沫盒中，用胶带密封；

4.选取合适的位置，将鸡蛋和滑翔机固定组合在一起。

测试记录 测试高度：4层楼 15米以上

测试指标	第一次测试	第二次测试	第三次测试
降落时间	3秒	2秒	14秒
降落过程	无风，快速下降、落地	遇阻碍物，落到3层楼梯中	有风，滑翔方向随风向改变而改变，缓慢下降、落地
测试结果	鸡蛋完好	鸡蛋完好	鸡蛋完好
评估	成功	失败	成功

实验小结：实验结果不能对落地点做明确规定，因为空中滑翔的过程中，滑翔方向会随风向改变而改变，但安全性能较好。

设计六

2.6 设计六 无人机保护器方案

设计者：叶明轩

设计思路：利用无人机的灵活飞行、可远程操控的优势，将鸡蛋放在无人机上安全着陆。

所需材料：无人机、泡沫板、胶带、鸡蛋

设计方案：

1.把泡沫板挖一个鸡蛋大小的洞，将鸡蛋装入；

2.把载鸡蛋的泡沫板放在无人机底部，避开机翼，利用胶带纸缠绕固定。

测试记录 测试高度：4层楼 15米以上

测试指标	第一次测试	第二次测试
降落时间	15秒	13秒
降落过程	缓慢稳定下降	空中悬停，缓慢稳定下降
测试结果	鸡蛋完好	鸡蛋完好
评估	成功	成功

实验小结：无人机可以受人为操控，轻松承载鸡蛋，操控无人机缓慢着陆。由于鸡蛋在无人机底部，泡沫板起到了减震的作用，鸡蛋完好着陆。

分析与结论

1.六种保护器的数据比较

2.通过以上研究，我们发现：

（1）上升力、动能可以减缓下落速度；

（2）每种物质获得的力不同；

（3）下落的力能转化成动能；

（4）气球降落伞组合保护器使鸡蛋着陆时声音比单一降落伞保护器着陆声音小；

（5）降落伞、气球等装置通过阻力可以减缓下落速度；

 

进一步研究

1.碳纤维是一种高强度的物质，韧性十足，可用于军事、民用制造；

2.轴是穿在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件，是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。

 

    经过这次的实验，我们明白了查阅资料不是光翻翻书就能完成的。要独立思考，关注时事，结合最新的科技再探索知识。我们现在还只有三年级，所以独立完成一件事还有点难度，感谢爸爸妈妈们能抽出时间陪伴我们，让我们到处跑、到处天马行空想到什么陪伴我们完成所想，呵护我们的科学梦想！也感谢陈耀老师，用风趣易懂的语言告诉我们广阔的知识，每次听完都非常震惊，原来世界这么大这么奇妙！

【参考文献】

《有趣的物理》             东北师范大学出版社    2020.02.01

《DK科学小实验》           HarperCollins UK      2017.01.01  （英）尼尔 阿德利

《STEM神奇的家庭科学实验室》北京日报出版          2019.05.01  （美）雷奥妮萨.阿迪宗

《牛顿的飞行课之空气力学》 中国少年儿童出版社   2020.11.01（加拿大）克里斯.费里