探究意念
目的
科學原理
運作方式：
飲水鳥從供水箱(A)吸水並透過毛細管原理把水 運輸到儲水盤(B)內，然後透過儲水盤底部的出 水口流入小水桶內。當小水桶的重量超過負重 物的重量時就會向下拉動繩子。繩子經過摩天 輪內部的齒輪時就會帶動摩天輪一同轉動，直 至小水桶觸及摩天輪組底部才停止轉動。
為做到永續能源，我們設計了一個水源循環不 息的系統。當小水桶負重而向下拉動至靠近底 部時，小水桶底部會觸碰到一節突出的短棒，
小水桶即失去平衡而把水傾流到下方的儲水 盤。此時，被棉花填充的長吸管，就開始把儲 水盤內的水再次透過毛細管力量送回開始的供 水箱(A)內。再次供給飲水鳥吸水，形成水的循 環，造成能源永續。
測試過程及結果
測試一：毛細管物料測試
以不同吸水物料作為測試內容，測試其毛細管 效能。
A. 測試材料：紙巾、棉繩、報紙和棉花。
B. 測試器材：膠杯、膠碟和量杯。
細節：
1. 設定變項為不同的吸水物料。
2. 將不同吸水的物料分別置於 300 ml 的膠杯 和乾的膠碟內。
3. 觀察其吸水情況，限定時間為 15 分鐘，然 後紀錄各物料的吸水情況。
摩天輪製作過程：
第1次 第2次 第3次
紙巾
膠碟內有水 (第一滴水 約7分30秒)
膠碟內有水 (第一滴水 約9分30秒)
膠碟內有水 (第一滴水 約9分30秒)
報紙 膠碟內沒有 任何水
膠碟內沒有 任何水
膠碟內沒有 任何水
棉繩 膠碟內沒有 任何水
膠碟內沒有 任何水
膠碟內沒有 任何水
化妝棉花 膠碟內沒有 任何水
膠碟內沒有 任何水
膠碟內沒有 任何水 吸水
物料 次數
表一：不同吸水物料的吸水情況
測試過程：
測試一結果：
根 據 這 次 測 試 結 果， 我 們 發 現 吸 水 最 佳 的 物 料 為紙巾。
測試二：飲水鳥的支點測試及製作
測試材料：
粗幼吸管、鋁線、鉗、1 升量杯、大小膠碗、
大小膠杯、膠匙羹、橡筋、膠紙、紙巾
製作期間遇到的困難：
1. 為了配合吸管傾斜度，我們要重新找出一個 最佳支點。
2. 製作過後，我們發現自製吸水鳥推動匙羹的 速度並非想像中那麼快，想必需要很長時間 才可推動「綠能幸福摩天輪」，效果並不理 想。若要加快輸水的速度就必須增加「鳥」
的數量。然而，製作每隻飲水鳥的效果都因 一些微小的變數而有差異，很難製作多個同 樣高效能的飲水鳥，而且吸水量時在太慢(6 克/10 分鐘 )，是我們擔憂它難以推動摩天 輪。故此，我們嘗試使用成品的飲水鳥，期 望高效而穩定的吸水鳥能幫助增加輸水的速 度。
測試三：「鳥」的吸水量測試
1. 自製飲水鳥 ( 根據支點的測試結果設定 ) 2. 成品飲水鳥裝置組合
測試材料：
1 號和 2 號飲水鳥裝置組合、電子磅、計時器 製作測試裝置：
在電子磅上擺放儲水盤，把儲水盤擺放在飲水 鳥下方。
目標：
找出每10 分鐘出水的重量。
吸水量測試過程：
讓飲水鳥吸水10 分鐘，計算出水的總重量 測試結果(10min)：
1. 自製飲水鳥（紙巾）6g 2. 成品飲水鳥（棉花）
由於成品飲水鳥第一次的吸水量（23g）明顯 比自製吸水鳥（6g）的多，所以我們又利用成 品飲水鳥的裝置重新為紙巾和棉花再做比較測 試。結果如下：
目標：
1. 令吸水鳥裝置能迅速吸水並推動匙羹。
2. 為使裝置更省力（用很小的水便可推動匙 羹），我們使用「支點在重點和力點之間」
的槓桿原理。
支點測試過程：
1. 為配合吸管傾斜度，支點須向力點方向移 動，而不能設於中間位置。
2. 根據槓桿原理，支點離力點愈遠愈省力，愈 近就愈費力；故此，我們選定靠近吸管中間 點的位置為支點，讓吸管保持傾斜度。
製作測試裝置：
1. 根據第一部分毛細管現象測試結果，我們 選定了「紙巾」為飲水鳥內部設計的吸水 物料。
2. 將紙巾放置在整條吸管內（紙巾於吸管兩 端突出約2CM）
3. 修剪膠匙羹，用橡筋將匙羹綁在吸管一端。
4. 將 1 升量杯注滿水（直至量杯出口位置），
把吸管放上。如下圖：
支點測試結果：
供水箱的高度為13cm，鳥的支撐架的高度為 10cm 的情況下形成吸管傾斜。我們以試誤方 式找出支點的位置。從中間點移向匙羹力點約 1.5cm ，我們測出吸水鳥每 40s 會推動匙羹一 次，而匙羹移動幅度最為明顯。
紙巾 棉花
第一次 (自製鳥) 6g 23g(成品鳥) 第二次 (成品鳥) 11.5g 44g(成品鳥) 第三次 (成品鳥) 14g 48.7g(成品鳥)
（成品鳥）
由於三次的結果都證明棉花的吸水力最強，所 以我們嘗試找出為何物料測試的結果不是棉 花。我們推測與輸水物料的長度有關係。物料 測試中的棉花呈長條狀，棉花的輸水力可能 因此受到影響，因為棉花的鎖水力也很強，要 吸更大量的水才能達到飽和至流出。而成品 鳥身體至有10cm，形狀也比較寬大肥厚，遠 比20cm的長條狀物料短。當面花被堆積起來 時，纖維間的儲水空間也比紙巾大多了，所以 輸水量也較大。
2號鳥（成品）
紙巾
棉花
測試四：拉動齒輪以帶動摩天輪的水量
（重量）
測試材料：
齒輪組、摩天輪支撐竿、繩子、玻璃珠、負重 袋、小水桶
製作測試裝置：
1. 於支撐竿上方裝上齒輪組 2. 把繩子掛在內齒輪上
3. 繩子下垂的兩端分別掛上內有 1 粒玻璃珠
（5.5 克）的負重袋及小水桶。
4. 把負重袋一邊的繩子拉到支撐竿的最底部，
令小水桶被扯到貼近摩天輪位置 目標：
測量小水桶內需要放進多少玻璃珠才能拉動另 一邊繩子的負重物直至升到頂部。
電子磅 1號鳥（自製）
比賽進行情況:
結論：
5 隻飲水鳥 10 分鐘的輸水總重量：
24g+28g+22g+20g+11g=105g 每分鐘飲水鳥的平均輸水重量：
105g/10min = 21g/min
要拉動小水桶，5 隻飲水鳥共需時：
77g / 21g/min = 3.7 min（3 分 42 秒）
為了防止小水桶因增加 重量而突然驟降，我們 必須增加繩子表面的阻 力。因此，我們把滑 順的繩子改為較粗糙的 繩子，並且在繩子的表 面用熱溶槍加上溶膠
1號同學 24g
2號同學 28g
3號同學 22g
4號同學 20g
5號同學 11g
（水的重量）
測試結果：
小水桶內需總共擺放14 粒玻璃珠，即 77 克。
觀測發現：
在小水桶內時，我們發現小水桶並非如我們估 計那樣隨著玻璃珠的逐步增加而同時慢慢下 降。它要達到 14 粒珠子時才開始下降，而且 下降的速度會越來越快。
測試五：輸水速度的計算（以重量為單 位，以配合計算拉動小水桶的重量）
共有五位同學參加飲水鳥的製作和測試比賽，
他們要組裝成品飲水鳥並進行測試和調整，務 求造出10 分鐘內吸水最多的飲水鳥。以下是 他們的成績：
總結
要利用毛細管現象去推動齒輪簡直是不可能的 任務。因為在製作「綠能幸福摩天輪」的過程 中，我們遇到的困難比我們想像的多太多了，
包括無法決定影響物料測試結果的原因、自製 飲水鳥過程中的技術問題、測試支點的各項變 數。此外，還有製作摩天輪時遇到自製齒輪、
特製有阻力的繩子的困難…我們實在經過了許 多失敗和氣餒的時刻。但是，我們在不斷嘗試 解決問題的過程中，實在學到很多知識和得到 許多鍛鍊意志和毅力的機會。雖然這個摩天輪 的永續動能系統還有很多不完善的地方，但我 們始終算是實現了我們的理想：製造出又環保 又能持續的自動動能系統。
感想
陳海陽同學：
我參加了常識百搭( 飲水鳥毛 細管原理) 之後，就留校進行過兩次策劃，一 次測試和一次製作，第一次策劃是進行設計，我設計了一個升旗禮，但是迴圈問題還沒解決。
第二次，有一個老師對我的方案進行改進。第 三次，我們進行製作了飲水鳥（簡版，無升旗 製作）但是他喝得太「過癮」了，他都沒抬過 頭（倒水）。第四次，我們為成品飲水鳥進行 測試，結果終於成功吸水，而且頭部還會回頭 不斷重複吸水。我發現原來不同位置的支點和 物料的多少或前後位置都回都有影響擺動。參 加常識百搭活動雖然要推遲放學時間，但是我 覺得這活動還是挺好的，因為我的創意和知識 都可以在這裡大顯身手，也學到了一點點教科 書上沒教的知識，比如紙巾比布吸水快，但原 來棉花是最好的吸水物料。另外，改進了我的 動手能力，我希望有更多的這類活動供我選擇。
麥天翔同學：
我在做幸福摩天輪的時候感覺 應該會做很多東西，所以要和同學齊心合力一 起做，本來以為會各自做不同部分的。結果第3 次來做實驗和做飲水鳥的時候發現原來只需要 大家齊心合力很快就能完成。這次在做「綠能 幸福摩天輪」的過程真的讓我體會到甚麽是齊 心合力！感謝老師給我這次機會去參加這展覽。陳 紫 澄 同 學：
I think General Studies is very funny and interesting in various aspects. In this activity, I learned a lot of things. For example, capillary phenomenon, principle of leverage and spirit of teamwork. The most difficult part is that we spent a lot of time to make the drinking birds but we failed again and again. It’s really hard to find the balance point. Finally, we made successful drinking birds when the teachers provided us the experimental kits of the drinking bird! By the way, we learnt a lot from it! Thanks teachers!呂其諾同學：
我非常榮幸參加這次展覽，因 為這一次的活動是由老師們挑選出來的。途中 全因我們時間不足，才讓我們的想法沒法完美 地呈現出來，但我們已經絞盡腦汁地盡量改良，途中也經過了很多挫折，但我們已經盡力在很 短的時間內完成作品。我也希望能夠有更多這 類的活動讓我參與。如果有機會的話，我下一 次也想參加這個展覽。
小 貼 士
同學的設計創新亦具豐富的數學元素，
能運用運算及數學語言表達。在對照 實驗中選取了合適材料及在已有成果 後改良物料的選擇，選材同時能達至 環境友善，有潛能發展至環保項目，
唯可多思考作品的應用性。
參考資料
槓 桿 原 理（ 無 日 期 ）， 取 自https://market.
cloud.edu.tw/content/primary/nature/ph_hs/
phnature/addon/physical/power1.htm
小 學 常 識（2014）： 毛 細 管、 大 作 用， 取 自 https://www.newasiabooks.com/subject/gs/
gs_web/lee/page_20140811.htm