亞太科學教育論壇, 第五期, 第一冊, 文章八(二零零四年四月) 吳本韓、蘇若望 「飛行」和「紙飛機」的教學活動
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參、飛機的教學活動

3.1、例（一）：咭紙飛機

暫且放下各式各樣摺紙飛機的方法，現在先看看如何使一張目錄咭紙在空中滑翔。對！只是一張咭紙，作用於紙飛機的力不會因紙張不摺成飛機的模樣而消失。

首先拿著咭紙較長的一端，把咭紙水平地推出去，從咭紙後面看過去，會看到咭紙不斷向後翻騰，原因是升力在重心前方，即是在咭紙前端產生一個向上的力矩。此外，向前運動的距離亦很短，開始時的升力會使前端向上的角度增加，很快便到達「失速」的狀態，因而減慢向前的速度。

一般學生應該不可能預測到咭紙「飛行」的情況。但當看過咭紙飛行後，由老師引導學生討論，用升力、重力和力矩等已有知識，應該不太困難便可解釋咭紙看似雜亂無章的運動。接著便可對咭紙作一些結構上的改變，使它更像一架可穩定滑翔的紙飛機。例如：

• 改變重心的位置
  視乎咭紙的大小和重量，可在「機首」的中線上加一些重物（例如加一個或兩個萬字夾），如果飛機依然向後翻騰，試把重物移前或再加重，當升力和重力的位置差不多在一起時，它就能比較穩定地向前滑翔飛行。
• 造一對上反角（Dihedral）的機翼
  就算紙飛機能夠向前滑翔，亦會經常出現偏左或偏右的情況，原因是是紙飛機左右不對稱或有氣流。解決方法是把咭紙左右對摺，然後把它攤開，使飛機有了一對上反角（Dihedral）的機翼，這可使飛行更穩定。例如當飛機是傾右飛行時，右邊機翼的衝角會比左邊機翼的衝角大，造成右邊的升力比較大，而使飛機傾左復原。如果飛機還是偏右飛行，可加大右翼的上反角，減少左翼的上反角；反之亦然。此外，進一步可在兩邊機翼的後面端加上「控制器」，如圖六所示，這些控制器等同真正飛機的補助翼（Ailerons），使飛行更穩定。

圖六：上反角的咭紙“飛機”

任何紙飛機的飛行（滑翔）都不會穩定和理想，它在教學上有用的地方是可用牛頓定律和力矩等概念便可解釋不理想飛行的原因。圖七是一個很普遍的飛行軌跡，就算是小心調校重心位置的模型飛機也會經常這樣滑翔。我們可將整個軌跡分成三段來分析：在A至B的滑翔中，升力和重力大致平衡，不過在這短暫的過程中，升力使飛機前端開始朝上，衝角開始增加，升力亦開始增加而令飛機爬升（從B至C），不過當衝角增加至某一程度時，失速發生，向前的速度會急劇減少（B至C的較後部份），升力急劇下降，當向上的速度降至零（C點）後，飛機便會跌下地面。

圖七：一條很普遍的紙飛機飛行軌跡

手的拋擲力度和角度是兩個引致每次飛行都不相同的主因，圖八是一台以橡膠線和平板造成的發射台，方便對投射速度和角度進行有系統的探究。

圖八：發射台

 

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Copyright (C) 2004 HKIEd APFSLT. Volume 5, Issue 1, Article 8 (Apr., 2004). All Rights Reserved.