金門地區第 61 屆中小學科學展覽會
作品說明書
科別：物理與天文學科 組別：高級中等學校組
作品名稱：球技不好怪我囉？斷毛羽球飛 行時間差異探究
關鍵字：羽球、羽毛、空氣阻力
摘要
做完這個實驗，我們發現羽球隊的開支是不可少的，因為羽毛球的羽毛完 整度確實是會影響羽毛球在飛行時的表現，進而影響到羽球比賽的公平 性，但在潮濕的室外打球，除去風的影響，羽毛球的羽毛完整度對羽毛球 的羽毛完整度幾乎微乎其微。
壹、實驗動機
常常會聽到班上羽球校隊的同學抱怨說:「今天又打壞好幾顆球了啦」。
「唉又要買新球了，好貴啊」。一旁聽著的我們滿是疑惑，體育課打的羽 球的毛不是都亂七八糟的嗎 ? 為什麼稍微打歪幾根毛就要換新的球呢 ?聽 到羽球隊的抱怨，我們決定做個實驗，測試二看看羽毛斷掉的羽毛球掉落 下來跟完整的羽毛球掉落下來有沒有不同，如果沒有的話說不定還可以大 幅減少羽球隊的開支，而如果有的話，我們還想藉由這個實驗測量出羽毛 球的羽毛數量跟時間的變化關係。
貳、實驗目的
1.觀察羽毛球的羽毛減少後掉落時間的變化。
2.觀察乾的羽毛球的掉落時間和濕的羽毛球的掉落時間的關係。
參、器材
羽毛球 剪刀 灑水器 碼表
肆、研究過程及方法
一、實驗流程圖
二、實驗方法
(一)架設實驗裝置
圈出羽球掉落的地點，確認是垂直掉 落
(二)觀察羽毛球掉落的運動情況並記 錄掉落的時間
實驗一:
拿一顆全新的羽毛球，將羽毛一根接 一根連根剪下，並且從高處垂直拋 落，紀錄每次掉落的時間，每個羽毛 數都測五次。
實驗二:
拿一顆全新的羽毛球，用灑水器在羽 毛上噴灑，再將羽毛一根接一根連根 剪下，並且從高處垂直拋落，紀錄每 次掉落的時間，每個羽毛數都測五次。
(三)比較不同羽毛數跟是否有噴水的差異
把實驗數據放入 excel，把最高及最低的數據刪除，求出平均並做成折線 圖。
伍、實驗原理
羽毛球羽毛斷裂後，運動軌跡和轉速會改變，阻力大小會隨著速度大小而 增加，空氣阻力增加的同時也會增加球的自轉速度，再加上斷毛後產生柏 努力定律的作用力，使羽毛球掉落時除了自轉外，還會以球頭為中心做錐 狀的搖動。
陸、實驗結果與分析
(一)實驗結果
名詞解釋:乾溼為羽毛球噴水的有無，數字為剪掉羽毛的數量 A：乾羽毛球不剪羽毛～剪掉全部羽毛的實驗數據、平均與標準差
第一次 第二次 第三次 平均 標準差
乾 0 1.11 1.26 1.3 1.223333 0.100167 乾 1 1.38 1.43 1.43 1.413333 0.028868 乾 2 1.28 1.29 1.32 1.296667 0.020817 乾 3 1.09 1.09 1.26 1.146667 0.09815 乾 4 1.16 1.29 1.3 1.25 0.078102 乾 5 1.16 1.18 1.2 1.18 0.02 乾 6 1.16 1.18 1.18 1.173333 0.011547 乾 7 1.18 1.26 1.26 1.233333 0.046188 乾 8 1.08 1.15 1.2 1.143333 0.060277 乾 9 1.18 1.23 1.23 1.213333 0.028868 乾 10 1.03 1.08 1.19 1.1 0.081854 乾 11 1.1 1.13 1.13 1.12 0.017321 乾 12 1.15 1.22 1.28 1.216667 0.065064 乾 13 1.03 1.11 1.23 1.123333 0.100664 乾 14 1.06 1.15 1.16 1.123333 0.055076 乾 15 1.16 1.18 1.19 1.176667 0.015275 乾 16 1.06 1.09 1.12 1.09 0.03
濕羽毛球不剪羽毛~剪掉全部羽毛的實驗數據、平均與標準差
第 1 次 第 2 次 第 3 次 平均 標準差 濕 0 1.13 1.16 1.18 1.156667 0.025166 濕 1 1.16 1.19 1.2 1.183333 0.020817 濕 2 0.96 1.09 1.1 1.05 0.078102 濕 3 0.99 1.13 1.16 1.093333 0.090738 濕 4 1.01 1.09 1.13 1.076667 0.061101 濕 5 1.1 1.16 1.18 1.146667 0.041633 濕 6 1.05 1.1 1.18 1.11 0.065574 濕 7 1 1.06 1.1 1.053333 0.050332 濕 8 1.2 1.22 1.23 1.216667 0.015275 濕 9 1.15 1.18 1.18 1.17 0.017321 濕 10 1.05 1.12 1.16 1.11 0.055678 濕 11 1.15 1.2 1.22 1.19 0.036056 濕 12 1.22 1.26 1.36 1.28 0.072111 濕 13 1.05 1.1 1.16 1.103333 0.055076 濕 14 1.18 1.18 1.22 1.193333 0.023094 濕 15 1.03 1.08 1.1 1.07 0.036056 濕 16 1.09 1.1 1.13 1.106667 0.020817
說明：X 軸為羽毛數量，Y 軸為落地秒數
柒、討論
一、我們發現在重力加速度為定值的情況下影響實驗數據的因素為空氣阻 力，根据實驗數據，我們發現乾的羽毛球的掉落秒數在呈現鋸齒狀減少，
代表剩餘的羽毛越少會有越來越快的趨勢，但在只剪掉一片的情況下，我 們發現秒數有明顯上升的現象，我們分析可能是空氣從缺口處灌入羽毛球 內部導致空氣阻力上升。
二、我們發現羽毛球在噴水之後，剪斷羽毛對於下降速度沒有明顯的增加 或下降的趨勢，但是，比起乾的羽毛球，濕的羽毛球在飛行時的表現更加 的不穩定。
捌、結論
一、羽球在鉛直落下，有空氣阻力，其阻力大小會隨著速度大小而增加，
空氣阻力增加的同時也會加速羽球的自轉的速度，斷毛後產生柏努力定律 的作用力，羽球掉落時除自轉外，以球頭為中心做錐狀的搖動，掉落的時 間會隨著羽毛的減少掉落的時間會越來越快。
二、羽毛球在噴水後跟沒噴水有很大的不同是，噴水後則不影響飛行的時 間，剪斷後也沒有太大的差異，飛行的時間較一致，羽毛吸水變重，穩定 度變低
三、乾的羽毛球的剪斷數量對飛行時間的影響不大，濕的羽毛球在沒剪斷 羽毛的情況下不會影響飛行時間但剪斷後會有明顯影響
參考資料
斷尾球「生」~探討羽球羽毛對飛行的影響。2018 年臺灣國際科學展覽會 優勝作品專輯
維基百科。空氣動力學中的阻力
