第二章 關於獨輪車的歷史與功能

第二節 獨輪車運載的原理與功能

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算是用電的時代來臨,在不富裕的條件下,人們依然還是使用原始的勞動去完 成事情。鐵製獨輪車的出現,讓人們可以節省勞力與時間,它逐漸普及到台灣 各個角落,包含當時的奎山幼兒園,也就不難想像了。但是為何獨輪車會出現 在奎山幼兒園,至今能無法由相關報導人口中得知。

第二節 獨輪車運載的原理與功能

人類透過身體的各部位來幫忙搬運,如手提、頭頂、肩扛、背負等最原始 及最簡單的方式來運作,但人力有限,為了減少時間、精力,逐漸發展了「簡 單機械」,以達「機械利益」,也就是說為了達到省力或方便的目的,運用簡單 的槓桿機械原理,以作為人類體力與智慧的延伸16 (陳淑菁 ,2001:6)。

何謂槓桿原理?它是利用支點到施力點間的距離(施力臂)和支點到抗力點 間的距離(抗力臂)的改變來改變機械利益。施力、施力臂、抗力、抗力臂四者 之間的關係,用下面式子來表示即為:施力 x 施力臂=抗力 x 抗力臂。依槓桿 中的支點位置不一樣又可分三種,其第一種槓桿原理:支點 (△)在施力點(↑)與 抗力點(○)中間(參圖 2-17)。施力臂和抗力臂孰大孰小不一定,依實際需要調 整,主要是用在改變施力方向以方便施力的地方,如拔釘器、鐵撬,剪刀,蹺 蹺板,天平,老虎鉗。

圖 2-17 第一種槓桿如:老虎鉗的槓桿原理

第二種槓桿原理:抗力點(○)在支點 (△)和施力點(↑)中間(參圖 2-18),其施

16 機械利益:假設我們用了一公斤的力氣,透過一項機械設備,可以提起三公斤的水,就可以 說這項的機械設備的「機械利益」;機械利益越高,則表示可以用越少的力量移動越重的物品。

當然,機械發展的趨勢就是盡量提高其「機械利益」,達成四兩撥千斤的效果

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力臂一定要大於抗力臂,也就是說這種槓桿原理純粹用以省力,但是施力移動 的距離會比抗力臂的移動距離長,所以比較費時間,像是獨輪車、胡桃鉗、開 瓶器、榨汁器皆是運用此原理而設計的。

圖 2-18 第二種槓桿如:獨輪車的槓桿原理

第三種槓桿原理:施力點(↑)在支點 (△)和抗力點(○)中間(參圖 2-19),所以 抗力臂一定要大於施力臂,這種槓桿比較費力,但是施力移動的距離比抗力移 動的距離短,所以比較省力,通常用在不需要費很大的力氣,但需要省時的時 候,如掃把、鑷子、筷子、釣魚竿(陳淑菁 ,2001:7)。

圖 2-19 第三種槓桿如:掃把的槓桿原理

獨輪車顧名思義就是一個輪子,並以人力推行的運載工具,它符合人體工 學而設計,獨輪車利用槓桿原理達到省力的作用能夠載重物並在崎嶇狹小的路 面運載物品,但不能在太過傾斜的地面運行。它經常被用在建築工地、農、

漁、畜牧、礦業、花園等,由於為單輪車,相較二輪的手推車更需要人去加以 控制它的平衡,與二輪手推車不同的是,二輪手推車需要在較大及較平坦的路 面運行,但獨輪車是可以在一些易失衡的地方如狹小路段、磚頭地板、崎嶇路

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段等進行操作。是工業發展以後的電力機械也無法取代的,原因在於它的機動 性強、一個人即可完成運載、無須電力供給,從古至今一直是人類常用的工具 之一。

就外型來看,獨輪車主要由五部分組成(參圖 2-20),分別是(1)底架:兩個 連結的支架,用作支撐獨輪車整體;(2)手柄:雙手抓握、提供及傳送能量,亦 是操作者介面;(3)負載及其出入口:一個有內壁的托盤及一個可以上載及卸載 的設備,是主要載貨的位置;(4)滾動系統:以輪胎移動(最低摩擦力),亦負 擔了部分負載;(5)腳部(以一對或一塊的形式):與車輛形成一個多邊形的穩 定支撐,在停靠獨輪車期間使用。那人是如何推動獨輪車的呢?

圖 2-20 獨輪車組成結構

就動力驅動的部份這是與牛頓運動三定律是相互聯繫的,舉划船來說,還 沒划之前船是靜止不動的,透過竹竿給岸邊一個作用力F,岸邊也給竹竿一個 反作用力Fˊ。對於船來說Fˊ是外力,於是船得到一個加速a,改變靜止狀態,沿 著Fˊ的方向前進。a大小可以用公式a=Fˊ/m計算出來。然而船得到反作用力開 始前進,岸邊為什麼卻不動呢?因為岸邊與地球是相連的,地球質量極大,竹竿 給岸邊的F力道根本微不足道,透過算式 a=Fˊ/m, a幾乎等於零。我們再來 來看獨輪車,人推車,人給車子一個F,相反的獨輪車應該給人一個反作用力 Fˊ,假設人跟獨輪車質量相同,那麼獨輪車應獲得一個向前加速度 a,而人應 該得到一個向後的加速度aˊ,合理來說,車向前跑,人向後仰才是,可是為什 麼人不會向後仰呢?人跟獨輪車卻都得到一個向前的加速度。因為,人推獨輪車

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走,主要作用的那對作用力和反作用力並不在手的推力和車對手的壓力,而是 在人腳下,如果換成穿溜冰鞋,一定怎麼樣也推不動。人要把獨輪車推走,腳 不用力是不行的,人的腳給地面一個向後的作用力F,地面同時給人體一個反用 作力Fˊ。正是這個Fˊ使人和車都可以得到一個向前加速度,也讓人跟獨輪車都 可以往前運動(郭治,2001:191-193)。於是透過獨輪車搬運牛奶這個活動可以 讓幼童身體經歷牛頓第三定律,讓幼童體會到推運牛奶的獨輪車不是用手出 力,而是要靠腳出力與前進,進而帶動獨輪車前進。

當獨輪車遇到上坡與下坡時相較平地較不易運行,由腳帶動全身的力量需 要適度的調整。在上坡的情況下(參圖2-21),三種力的交會點在地面上,而操縱 者必須向上施力才能使獨輪車平衡及前進,對於幼童們來說需要更加同心協 力,當重量過重時,光靠一位幼童施力是無法運作的。而向下坡時如圖2-22,

情況便相反,三種力的交會點在地面下,幼童們也需要同心協力並有股往回拉 的力,怕坡度太斜、加上重量太重,獨輪車會往前衝。但如果負載是液體的情 況,下坡有可能會溢出來。

圖2-21 上坡中的獨輪車

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圖 2-22 下坡中的獨輪車

獨輪車中央只有一個車輪,所以常會有搖晃翻倒的可能,而操縱者本身需 要要維持獨輪車的左右平衡。當獨輪車在穩定的負載下直立,操縱者以相等的 力量提升手柄,即可順利運行。翻車的原因在於載入的負載不穩定(牛奶偏重在 一邊),或是獨輪車並不是完美地垂直(操縱者以不相等的力量提升手柄)。在此 情況下,獨輪車重量的作用力便不再與車輪對地面的作用力在同一個垂直平面 上,此差距會產生一個引致側翻的力量,令操縱者必須在相反的手柄施加作用 力才能抵消(參圖2-23)。

圖 2-23 在前方視點的獨輪車,包括平衡及側翻狀態。

由獨輪車的物理構造當中可以發現,操縱者在維持平衡中扮演重要的角 色,他需要克服手握扶把的高度、用腳帶動全身的力氣推獨輪車並依據裝載物 品的重量來使力,面對裝載物品是否往旁邊倒、面臨運行中的上坡及下坡還有 不平整路面行走等挑戰,這些都必須隨時靠操縱者去維持,對於這三名共同合 作幼童們來說是相當不容易的。每次搬運牛奶的過程中,三個人扮演的角色會 替換,主推車手需要能控制方向、扶手的高度,及往前推行的力氣。兩側的輔 助手,需要能控制不讓獨輪車翻車,維持左右兩側的平衡,當遇到上坡及下坡 時,需要幫忙出力向上推,及下坡時出力往回拉,避免獨輪車衝太快。透過推 動獨輪車孩子有機會學習試著讓自身的身體與獨輪車間維持一個平衡,及如何 控制自身力氣來啟動獨輪車的運動,同時三位協力的幼童也需要合作共同維持 獨輪車的平衡與順利前進。

因此具體而言,本研究的研究焦點將關注在幼童們推動獨輪車歷程中互動

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關係的觀察與解析,以理解奎山幼童日常搬運牛奶日常活動存在著怎樣的教育 意涵;另一方面連結「社會化統整性活動課程」熊慧英創辦人所賦予的核心教 育理念,來探究該日常活動與「群性」人格特質養成間可能有著的關聯。

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在文檔中 獨輪車在幼兒園內的教育意涵 -奎山幼兒園幼童搬運牛奶日常活動的影像分析 - 政大學術集成 (頁 32-38)