全國中小學科展

探討豉甲外型對下潛運動的影響

科展類別
全國中小學科展作品
屆次
第61屆--民國110年
科別
物理與天文學科
得獎情形
第三名
學校名稱
臺中市立臺中第一高級中等學校
指導老師
張建鴻;梁敏芳
作者
徐士展
關鍵字
豉甲,下潛,3D模型

摘要或動機

豉甲為棲息於水面的昆蟲,中、後足為扁平槳狀的游泳足,體長約17mm。在水面上快游速度達1.08 m/s,潛游時速度約0.57 m/s;豉甲潛水平均速度約0.83 m/s,下潛僅需41 ms。以Ansys模擬豉甲潛水,發現會在背部隆起與腹側形成壓力差,產生向下的作用力以利其下潛。製作隆起高度比例不同的模型,發現在破水時,1與1.5倍的法向作用力較小,入水後1倍的作用力矩較大,使其更快旋轉向下潛。施力的角度越小,破水時法向作用力也越小,但不影響作用力矩的大小,模型的形狀、運動狀態才是影響作用力矩的主要因素。下潛時蟲體先具一定大小的初速度,有助於下潛,破水時速度越快總作用力越大,但作用力矩正比初速的2.1次方,速度越快使其更快旋轉,令用於下潛的有效分量提升。


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