STEAM足迹:玩具弓箭的奧妙

[2021.04.19] 發表
力點跟支點的距離愈長,所需的力愈少。因此,玩家拉弓拉得愈遠,便可愈輕鬆。
Hyper Strike的弓弦由軟膠管製成,彈性比一般弓弦強,增加拉弓時的勢能,使射程更遠。
(圖c)
(圖d)
將箭射向表面平滑的玻璃後,吸盤狀的箭頭牢牢地吸着玻璃,令箭不會掉到地上。
(圖e)
(圖f)一般的弓(資料圖片)
Will示範拉弓時,可見改良過的玩具弓箭有兩條弓弦,比傳統弓箭多出一條。改良玩具弓箭用膠圈(小圖)取代瞄準用的箭座,左右撇子也能稱手使用。

【明報專訊】經過Will改良的玩具弓箭Hyper Strike可讓玩家輕鬆將箭射到76米以外,無論慣用左手還是右手的玩家都不會覺得不稱手。當中的巧妙之處及背後原理到底是什麼?

弓箭新玩法

傳統弓箭呈半圓形,弓弦設置在後方,但Will設計的玩具弓箭Hyper Strike卻是W形,弓弦亦位於弓的前方;射箭時只需把弦向後拉,然後放手便能把箭射出,方式與傳統弓箭大同小異。

Hyper Strike射箭的原理與傳統弓箭一樣,當我們把弓拉開時,弓臂向內彎曲,弓和弦開始儲存能量,稱為勢能。只要把扣弦的手一鬆,勢能就會轉為動能,讓弓弦把箭推出去。這種勢能亦稱為「彈性勢能」,弦或橡筋拉得愈長,彈性勢能和動能便愈大,箭亦能推得更遠。

由於是玩具弓箭,為滿足小朋友的需要,Will分別在上下弓臂加上兩個滑輪,使玩具弓箭跟坊間利用滑輪以省力的複合弓相似,透過槓桿原理,讓玩家拉弓時更省力。

弓臂上的滑輪透過槓桿原理令玩家射箭更省力。當玩家拉弓時,滑輪是支點,弓弦綁在弓臂的位置是重點,拉弓位置便是力點,弓弦拉得愈長,力點跟支點的距離就愈比重點與支點的距離長,玩家便更省力。

在上下臂增設多一個滑輪能協助玩家帶動弓臂中間的滑輪,減少拉弓所需力度,更容易把弓弦拉後,令箭射得更遠。

■知多點

槓桿原理

槓桿是指放在一個支撐點上的硬棒,在槓桿上施力的位置,稱為力點;支撐點稱為支點;槓桿負荷的位置,即放置物件的地方,稱為重點。當力點與支點的距離,比重點與支點的距離長,便能以較小力量,提起負荷物。(圖c)

箭羽增準繩度

要射中目標,除了訓練眼界和手感,我們還能靠箭尾上的配件幫助,讓箭不會偏離目標。Hyper Strike的箭尾有羽毛狀的膠片(圖d),它並不是箭矢的裝飾,而是取代傳統弓箭的羽毛,協助我們把箭射直。

沒有箭羽的箭尾會受周邊的空氣流動影響致不穩定往上揚,繼而令箭偏離瞄準的方向。加裝了尾翼的箭尾可阻擋迎面而來的氣流,並控制空氣的流向,穩定箭身,讓箭不容易偏移,準確地擊中目標。

兩款箭頭 兩款玩法

瞄準目標射靶,考驗眼界固然有趣,但不能忽略安全。傳統弓箭的箭頭鋒利,一旦擊中別人會造成傷亡,十分危險。Will設計兩款箭,一款箭頭是吸盤,用於射靶,射到平滑的牆身或玻璃等地方時能長時間吸着,只需輕輕一拔,便能不留痕迹地把箭拿掉。

另一款箭頭平滑,由於箭頭由EVA塑膠製成,即平常膠拖鞋使用的物料,柔軟度高,跟橡膠一樣富有彈性,「打到人會痛,但不會受傷」。Will又說此箭可發出聲響,他示範射箭時只聽到「咻」的一聲,伴隨着箭在空中飛過,原來每射一箭都會發出聲音。仔細看箭矢,箭頭上沒有機關,只有一個細小的孔洞。Will解釋,聲音源自箭頭的小孔,「這是哨子」。原來當箭發射時,空氣便會急促地在氣孔流入流出,箭頭裏就會產生震動,發出響亮的聲音。

■常識站

哨子的原理

上述箭頭上的小孔能發出聲音,原理跟哨子相似。當我們對着哨子吹氣時,空氣便從嘴巴吹入哨子中,部分空氣流進哨子的共鳴腔,不斷跟哨子壁碰撞,造成震動,產生的聲音會經發聲孔傳出外面(圖e)。

部分哨子內有一顆小珠,除增加空氣在哨子裏的震動外,當我們吹出長氣時,小珠便於哨子內滾動,並不停阻擋發聲孔的空間,令流出的空氣時多時少,聲音高低便會有不同。

左撇子右撇子設計的分別

傳統上,弓箭都設有箭座(圖f,紅圈示)協助射箭者固定箭矢,方便瞄準目標,這些輔助配件均早已裝在弓的左邊,方便右撇子更易射中目標。至於左撇子,則要使用專為左撇子設計的弓了。

Will設計Hyper Strike時,就把箭座去掉,不論是左手右手也能使用。不過沒有箭座,又如何固定箭矢,不會使它上下搖擺?弓弦除放在弓的前面外,亦由傳統的一條弦變成兩條,分別置於弓的上下方,平常拉弓的位置則是膠圈;只要我們把箭矢的勾扣在弓弦的膠圈上,便能固定箭矢。由於膠圈設於弓的中間,即使是左撇子,也能稱手對準目標。

■提提你

即使玩具弓箭物料不易傷人,但被擊中還是會疼痛,而且隨便瞄準他人是無禮貌及不尊重的行為。大家千萬不要胡亂把箭射向他人啊!

■關鍵詞

射箭 Archery

左撇子 Left-handed

哨子 Whistle

文:方綺婷

圖:黃志東

[常識學堂 第209期]

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