【科展解析】小石子立大功---火車鐵軌的枕木愈搖愈穩固

每天放學回家時，都會經過路旁的鐵軌，而鐵軌旁都會放了許多小石子，奇怪的是怎麼小石子的種類、大小都不同呢？我們想，為什麼不用磚塊、水泥、或鐵塊呢？

 

【X博士摘要說明】

1. 大小顆粒不同經過搖晃後，會有什麼變化？


2. 木條插在小碎石的深度不同，搖晃後拔起來的難度相同嗎？


3. 搖晃時間的長短會影響埋在小碎石中木條的鬆動嗎？

 

第四十五屆生活與應用科學科作品

題目：小石子立大功---火車鐵軌的枕木愈搖愈穩固

作者：臺南市東區東光國民小學的同學們

 

【摘要(原文)】

每天都會路過鐵路平交道，發現鐵軌下的枕木有好多的碎石子，我們很好奇，在老師協助下我們利用搖晃機、各種不同的豆子、大小不同的石子等進行實驗，結果發現搖晃後的豆豆和小石子變得更加緊密，彼此的稜角互相交錯卡住，這時我們才恍然大悟，原來小石子立大功，讓鐵軌更穩定，也使火車行駛更加安全。

 

【X博士步驟說明】

●活動一：大小顆粒不同經過搖晃後，會有什麼變化？

準備不同的種子或不同的珠子，放進塑膠盒裡面大力搖晃。

 

如果顆粒大小比較一致的，搖晃後排列得比較整齊。而顆粒大小不同的，搖晃後有各式各樣排列的方式。

 

Q : 那如果把顆粒大的和顆粒小的混和在一起會怎樣?

A : 搖晃後，顆粒比較小的會填進多餘的空隙之中，使得排列更為緊密。

 

●活動二：在不同種子中插入木塊，搖晃後需要多大的力才能拔出來？

將木頭插進8公分的種子盒裡，搖晃後，用砝碼量測需要多少力氣才拔得出來。

   

還沒搖晃前的種子排列比較鬆，而搖晃後的種子堆越來越緊密，導致要把木頭拔出時需要更多的力氣。另外因為植物的種子每一顆長得差不多一樣，所以我們想要試試看如果是用大小不同的石頭，會不會有同樣的結果呢?

   

原本以為顆粒比較小的石頭排列應該會比較緊密，結果反而是顆粒比較大，越重越緊密，因為大顆石頭有稜有角，比較容易卡得緊緊的。

 

●活動三：如果把木條埋得深一點，搖晃後會不會更難拔起來？

   

結果發現木頭插得越深就越不容易拔出來。因為木頭接觸石頭的比例變多了，導致摩擦力增加。

 

●活動四：鐵軌下的枕木搖晃的時間一久，會不會鬆動呢？

   

搖晃時間一久，顆粒比較小的石頭會慢慢下陷到下層顆粒比較大的石頭之間，

數據分析與結論

每天都會路過鐵路平交道，仔細觀察發現鐵軌的枕木是埋在碎石塊中，來來往往的火車不停搖晃著，使碎石塊也跟著搖晃而更加緊密堆積，彼此的稜角更加交錯卡住，造成鐵軌穩定和火車行駛的安全。

 

以下是評審給的評語

   

【X博士評語】

「停、看、聽」叫我們注意火車來了，「停」就是要我們注意火車快要來了，「看」就是要我們停下來觀察火車經過時，鐵軌下的石頭是如何排列的，較上方的碎石頭會逐漸地往下陷，導致鐵軌更穩固，「聽」就是要我們仔細聽火車經過時，鐵軌下的石頭因為劇烈搖晃，所發出來的聲音。這些石頭雖然平凡無奇，但聚在一起之後，就成為了保護人類交通安全的守護者。