風力怪獸原理圖：STEM課堂丨風能怪獸：不用引擎的“永動機”

　　原標題：STEM課堂丨風能怪獸：不用引擎的“永動機”

　　超有趣的STEM課堂又來啦，本次介紹的是依靠風力就可以前行的仿生物體“風能怪獸”，通過該課程，學生不僅能體會到動手組裝材料的樂趣，而且能在對這種奇怪的能源怪獸的體驗中，探尋能源怪獸蘊含的科學。

　　“木牛流馬”相傳是諸葛亮與妻子共同發(fā)明的一種運輸工具，《三國志·后主傳》記載：“建興九年，亮復出祁山，以木牛運，糧盡退軍;十二年春，亮悉大眾由斜谷出，以流馬運，據(jù)武功五丈原，與司馬宣王對于渭南。”描述了諸葛亮使用了一種搬運糧草的工具，這種木牛流馬不需要飲食，可以晝夜不停的行進。

　　“木牛流馬”如果真的像書中所描述那樣可以不吃不喝還能走，這顯然是不符合現(xiàn)科學上的能量守恒定律的。雖然古代的傳說在今日并不能得到驗證，但是當代的藝術家們還是利用科學的結構，設計出了由風能驅(qū)動的“機關具備，一驅(qū)不還”的海邊食風仿生獸-----風能怪獸。

　　風能怪獸

　　風能怪獸源于荷蘭工程藝術家Theo Jansen創(chuàng)造的仿生物體，依靠機械原理和自然風力移動前行，結構巧妙之處在于合理的利用平衡性進行物理變量的轉(zhuǎn)化，能源轉(zhuǎn)化率非常高。它們就像永動機，就像科幻片里的怪物，可以自行活動，自己做決定，無需引擎和電力驅(qū)動。

　　本課程以指導學生組裝和驅(qū)動風能怪獸為載體，指導學生圍繞風能怪獸的動力來源、曲軸和齒輪的作用機理等展開研究，探究風能怪獸背后蘊藏的科學奧秘。該課程不僅讓學生體會到動手組裝的樂趣，而且讓學生在對這種奇怪的能源怪獸的體驗中，探尋能源怪獸蘊含的科學

　　通過了解風能怪獸的研發(fā)過程，熟悉機械工程的研究方法，培養(yǎng)學生發(fā)明創(chuàng)造的熱情，以及對待科學堅韌不拔的品質(zhì)。

　　科學：理解風能轉(zhuǎn)化為動能的能量守恒定律，學習風能怪獸中的機械結構原理；

　　技術：熟悉齒輪、曲軸等常用機械結構特點和使用場合；

　　工程：制作簡易的風能怪獸，掌握搭建技能；

　　數(shù)學：根據(jù)風能怪獸的幾何模型，計算相關運動學特征值。

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　　轉(zhuǎn)自：上海STEM云中心

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風力怪獸原理圖：趣怪風力行走“怪獸”

　　你還記得創(chuàng)意網(wǎng)早年介紹的一個小玩意嗎？這是藝術家Theo Jansen的作品-風力海灘動物，他在近15年的時間里一直專注于一個巨作—塑料管風力動物模型，這些巨型風力怪獸可隨風移動，在沙灘上靈活漫步。7年過去了，3d打印技術的發(fā)展讓Jansen的“巨獸”也有了迷你版，你可以用手推著它們前行，”怪獸“超多的腳能讓其在平滑的桌面上滾動前進，當然你也可以為它裝上控制方向的尾巴，只要有風就能順風翻滾，非常有趣。目前已經(jīng)有售，價格從幾十到幾百美元不等。

　　設計師：Theo Jansen 國別：荷蘭 主頁：strandbeest.com

風力怪獸原理圖：風力怪獸八腳怪獸機器人

　　這是一個風力怪獸的玩具建模，此機器人本來是荷蘭的一個工程師花了20年心血做出來的，全部是機械結構，沒有電路控制，并且能夠進行自我思考與控制，能量來自風能和潮汐能?，F(xiàn)對其簡化處理，設計了此玩具。此模型采用solidworks2020建模，運用多實體保存，自頂向下設計，并進行了動畫仿真。此模型結構復雜，設計巧妙，結構之間的連接沒有一個金屬件，全部采用機械卡扣，運動起來惟妙惟肖，并且玩具不大，很適合和小孩一起安裝玩耍。此模型已3d打印，附有打印文件夾。并且，大家也可以對其進行改進，加一個舵機，甚至舵機控制芯片，使其自我控制。

風力怪獸原理圖：風能怪獸

　　“木牛流馬”相傳是諸葛亮與妻子共同發(fā)明的一種運輸工具，《三國志·后主傳》記載：“建興九年，亮復出祁山，以木牛運，糧盡退軍;十二年春，亮悉大眾由斜谷出，以流馬運，據(jù)武功五丈原，與司馬宣王對于渭南?！泵枋隽酥T葛亮使用了一種搬運糧草的工具，這種木牛流馬不需要飲食，可以晝夜不停的行進。

　　“木牛流馬”如果真的像書中所描述那樣可以不吃不喝還能走，這顯然是不符合現(xiàn)科學上的能量守恒定律的。雖然古代的傳說在今日并不能得到驗證，但是當代的藝術家們還是利用科學的結構，設計出了由風能驅(qū)動的“機關具備，一驅(qū)不還”的海邊食風仿生獸-----風能怪獸。

　　風能怪獸源于荷蘭工程藝術家Theo Jansen創(chuàng)造的仿生物體，依靠機械原理和自然風力移動前行，結構巧妙之處在于合理的利用平衡性進行物理變量的轉(zhuǎn)化，能源轉(zhuǎn)化率非常高。它們就像永動機，就像科幻片里的怪物，可以自行活動，自己做決定，無需引擎和電力驅(qū)動。

　　本課程以指導學生組裝和驅(qū)動風能怪獸為載體，指導學生圍繞風能怪獸的動力來源、曲軸和齒輪的作用機理等展開研究，探究風能怪獸背后蘊藏的科學奧秘。該課程不僅讓學生體會到動手組裝的樂趣，而且讓學生在對這種奇怪的能源怪獸的體驗中，探尋能源怪獸蘊含的科學。

　　通過了解風能怪獸的研發(fā)過程，熟悉機械工程的研究方法，培養(yǎng)學生發(fā)明創(chuàng)造的熱情，以及對待科學堅韌不拔的品質(zhì)。

　　科學：理解風能轉(zhuǎn)化為動能的能量守恒定律，學習風能怪獸中的機械結構原理；

　　技術：熟悉齒輪、曲軸等常用機械結構特點和使用場合；

　　工程：制作簡易的風能怪獸，掌握搭建技能；

　　數(shù)學：根據(jù)風能怪獸的幾何模型，計算相關運動學特征值。

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