获得狡猾 – 创造自己的耐用纸娃娃

2020年3月2日 作者 奇先生 0

难度 <! - 3 - >
所需时间 短(2-5天)
先决条件
材料可用性 一应俱全。此科学项目需要成人帮助下载和打印纸娃娃模板。
费用 低($ 20 – $ 50)
安全 没有问题

摘要

历代以来,富有创造力的人们制作了各种各样的纸质玩具,其中许多都是精致,美观和鼓舞人心的。但是,它们经常不能很好地抵抗游戏的磨损。

这个科学项目是你解决这个问题的机会。您将制作带有可移动部件的纸娃娃,并研究材料的选择如何影响玩具的强度。从强大的设计开始,您将通过制作带有活动部件的耐用纸娃娃(或玩具)来完成。

目的

使用可移动部件创建四种不同型号的纸娃娃(或玩具),然后测量并比较它们的强度与玩具的耐用性.

积分

Sabine De Brabandere,博士,科学伙伴

引用本页

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科学伙伴。”变得狡猾 – 创造你自己的耐用纸娃娃。” 科学伙伴,2017年7月28日,https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/MatlSci_p043/materials-science/make-durable-paper-dolls。2019年7月6日访问。

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科学伙伴。(2017年7月28日)。获得狡猾 – 创造自己的耐用纸娃娃。从…获得https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/MatlSci_p043/materials-science/make-durable-paper-dolls


最后编辑日期:2017-07-28

简介

从下面图1中的纸质玩具中选择您喜欢的。想象一下,你创造了这个玩具。想象一下你将它融合在一起的快乐。然后想象一下它什么时候会有多么悲伤或疯狂。

可移动部件
图1。带有可移动部件的纸制玩具,从左上角顺时针方向:具有可移动头部,颈部,尾部和腿部的恐龙;可动翅膀,尾巴,鬃毛和裙子的马;骑士头盔,可移动遮阳板;和若虫有两对活动的翅膀。

玩具业如何才能制造出能够很好地发挥作用的纸娃娃或纸制玩具?这些玩具最后被称为”耐用” .耐久性是指抵抗磨损的能力。

你可能还记得一个玩具,比如汽车,玩偶或动作人物,有一个像腿或轮子一样脱落的玩具。这是因为玩具是旧的并且已经被大量使用,或者因为它意外掉落,或者有人扔了它?工程师在正常使用(如玩具玩得很好)或特殊情况滥用(如被留在外面的雨中或跳上它)。设计团队会做出具体选择,以提高玩具的耐用性。

在这个科学项目中,您将成为具有可移动部件的纸娃娃(或其他纸质玩具)的设计者,您将有一些设计选择。您也是科学家,测量,量化和比较每种设计选择的耐久性。您将在特殊情况下测试纸娃娃,其中可移动臂被拉离主体。

作为科学家,您将搜索定量测量值。这些是导致数字数据的测量,或具有数字和单位(例如1千克[kg])的数据,而不是定性或描述性结果(例如”更强” )。悬挂在可移动部件上的质量将决定在纸娃娃破碎之前你可以拉多少力。

作为一名科学家,您还将测试不仅仅是一个相同类型的纸娃娃,然后平均结果。为什么?想想一位科学家试图回答”十岁男孩有多强壮?” 的问题。测试一个 10岁男孩是否足够?不,她可能选择了一个异常强壮或弱小的男孩。科学家需要测试几个并平均结果。这也是你将为纸娃娃做的事情。

现在,继续前进,体验一下设计师和科学家的感受。

术语和概念

  • 耐久性
  • 正常使用
  • 特殊情况
  • 滥用
  • 定量
  • 定性
  • 质谱
  • 平均

问题

  • 以下哪项耐久性测试足以在正常使用情况下测试纸质娃娃,并在特殊情况或滥用情况下进行测试?
    • 将纸娃娃交给一百个幼儿,并记录它们在破碎之前能够玩多久。
    • 测量在纸娃娃断裂之前将纸娃娃的手臂拉开(相反方向)所需的力.
  • 以下哪项会增加纸娃娃(或纸玩具)的耐用性?
    • 使用更重,更强的纸来制作玩具。
    • 在头顶上方放一朵花,或在一侧放一把剑.
    • 添加一层塑料接触纸或层压纸张,使其变得防水。
    • 用蜡笔为纸玩具着色。
    • 使用遮蔽胶带强化易受攻击的地方.

参考书目

如何计算一组数字的平均值(也称为均值)的说明:

质量和重量的说明:

有关创建图表的帮助,请尝试使用以下网站:

材料和设备

  • 打印纸(10张) – 较重的打印纸可以更好地工作,因为本文将用于创建模板。
  • 儿童剪刀
  • 用于1/4英寸孔的单孔冲头,例如此可在亚马逊网站上找到。
  • 标记
  • 重型牛皮纸或卡片纸(最少6张)
  • 纱线(2米)
  • Brads(12),中等或8 mm,例如较大的那些布拉德包可在亚马逊网站上找到。
  • 遮蔽胶带,如此通用遮蔽胶带可从Amazon.com获得。
  • 斗,比如这个孩子的花园桶或者沙子玩具桶,均可从Amazon.com获得。
  • 可用作重量的大理石,硬币或其他小物品(20至100,视重量而定)
  • 具有公制指示的厨房秤,数字或其他,例如数字口袋秤可从Amazon.com获得。
  • 笔记本

声明:Science Buddies参与联盟计划家庭科学工具 Amazon.com Carolina Biological ,以及 Jameco Electronics 。联盟计划的收益有助于支持Science Buddies,501(c)(3)公益慈善机构,为每个人免费提供资源。我们的首要任务是学生学习。如果您对我们网站上的建议您为科学项目所做的购买有任何意见(正面或负面),请告诉我们。写信给我们 scibuddy@sciencebuddies.org

实验程序

在这个科学项目中,您将创建具有可移动部件的玩具。纸娃娃用作示例,但您可以用任何你想要的生物替换娃娃。在将详细信息添加到纸质玩具之前,您需要评估可用的不同设计选项并选择最耐用的设计选项。

作为设计选项,您有:

  • 两种纸张(重磅纸和普通打印纸);和
  • 将肢体连接到身体的两种方法(使用辫子和使用纱线)。

这导致了表1中列出的四种不同类型的纸娃娃。

类型 类型名称 设计选择
论文 连接方法
1 H-Y 重磅纸 纱线
2 H-B 重磅纸 Brads
3 P-Y 打印纸 纱线
4 P-B 打印纸 Brads
表1。四种不同类型纸娃娃的清单及其设计选择。

您的任务是通过科学测试来确定哪种纸娃娃类型 – 或哪种设计选择 – 更耐用。科学家测试了每种类型的多个纸娃娃并对结果取平均值。作为科学家,您将对每个设计选择进行三次测试。每个设计需要三个纸娃娃才能做到这一点。

请注意,在这个科学项目中,我们使用P-Y,H-B等字母命名纸娃娃类型。字母是指相关设计选择的第一个字母;例如,P-Y型纸娃娃由 p 纸制成,并使用 y 将臂连接到身体上。

创建纸质部件

  1. 您可能需要成人的帮助才能执行此步骤:
    1. 下载PDF文件纸娃娃模板
    2. 打印文件两次次。如果可以选择,请选择较重的打印纸.
    3. 将模板提供给学生.

    可选:创建自己的模板。它可以是恐龙,猫,仙女,或任何你想要的生物。务必将穿孔尽量远离模板边缘,并保持四肢挺直(而不是骨折)。这些选择使设计更加耐用,并使您的测试更容易.

  2. 您现在有两个相同的纸娃娃模板。把一个模板放在一边。您可以使用它,以防您不小心切割或撕裂正在使用的那个。
  3. 切出三个主要部位:核心,腿和手臂.注意:将核心与头部,颈部,胸部和腹部分开(如图2所示).
  4. 使用打孔器制作指示的孔(模板上的小圆圈).

纸娃娃模板创建过程中涉及的操作说明.
图2. 要创建模板,请打印文件,剪切身体部位,然后在指示处打孔。

  1. 在重磅纸上追踪模板。确保也要跟踪打孔。
    1. 跟踪核心模板一次。
    2. 为每个玩偶所需的两个手臂追踪手臂模板两次。
      1. 注意:的在这个科学项目中,您将测试臂与核心的连接程度。要做这个测试,纸娃娃不需要腿。因此,您可以选择但不需要为试纸娃娃创建腿.
  2. 重复步骤5五次,因为你需要六个带有这种纸张的纸娃娃(三个用臂连接辫子,三个用臂连接纱线)。
  3. 剪下您追踪的所有身体部位,如图3所示。
  4. 使用打孔器在所有身体部位的指定位置创建孔(参见图3)。尽量在指定的位置打孔。靠近或远离纸张边缘的孔可能会影响纸娃娃的强度。

纸娃娃身体部位创作所涉行动的插图
图3。要为测试中使用的纸娃娃创建身体部位,请追踪核心和手臂,切出跟踪的身体部位,并在指示的地方打孔。

  1. 将创建的身体部位堆成一堆。
  2. 重复步骤5到8六次,现在使用打印纸.
  3. 将这些身体部位堆放在第二堆。
  4. 此时,您拥有评估纸娃娃类型强度所需的所有身体部位。
  5. 将模板放在一边。您将再次需要它来创建您的最终,装饰精美的纸娃娃.

使用纱线将武器连接到核心

  1. 切割六根长度的纱线,每根长度为30厘米(厘米)。
  2. 将一堆厚重的纸体放在触手可及的地方。
  3. 拿两个手臂和一个核心。
  4. 用手臂形成一个身体,如图4所示:
    1. 在你面前放置一个核心。
    2. 将手臂放在上面,将手臂上的孔与核心肩部的孔对齐.

纸娃娃的手臂和核心需要排成一列它们很容易连接起来。
图4。将手臂与核心对齐,以便轻松连接。

  1. 取一根纱线的末端。从核心顶部开始线程化:
    1. 穿过右臂的洞,
    2. 穿过右肩孔,
    3. 绕过核心的背面并从背面出来
    4. 穿过左肩洞,
    5. 穿过左臂的洞。

    使用图5可视化这些操作。

使用纸娃娃臂连接核心纱。
图5。使用纱线将臂穿到芯上。

  1. 使用纱线末端打结,如图6的上图所示。将纱线收紧,直至棉芯几乎卷曲。图6中的其余图像显示了纱线太松或太紧的示例。

纱线连接手臂和纸娃娃的核心。
图6。将臂连接到芯部的纱线应该是紧的,但要保持芯部平整,如上图所示。

  1. 这使得一个H-Y型纸娃娃.
  2. 重复步骤3至6两次,共计三个H-Y型纸娃娃。
  3. 现在转向一堆打印机纸体部件。
  4. 重复步骤3至6三次,共计三个P-Y型纸娃娃。

使用Brads将武器连接到核心

  1. 将一堆厚重的纸体放在触手可及的地方。
  2. 将两个手臂与一个核心对齐。有关详细信息,请参阅本节中的步骤3和4使用纱线将武器连接到核心.
  3. 使用brad将一只手臂连接到核心。使用图7作为指南。确保弯曲每条腿,直到它们接触到核心的背面。

用布拉德将纸娃娃臂连接到核心。
图7. 使用brads连接手臂和核心。确保将布拉德的腿完全向下弯曲到芯的背面。

  1. 对另一只手臂重复步骤3。
  2. 这样就完成了一个H-B型纸娃娃。
  3. 重复步骤2到4两次,共计三个H-B型纸娃娃。
  4. 转向剩余的打印机纸体部件堆。
  5. 重复步骤2至4三次,共计三个P-B型纸娃娃。

测试类型

纸娃娃的强度,如手臂与核心的连接程度,是其耐用性的一个方面。要确定哪种类型 – 或哪种设计选择 – 更强,您需要进行科学测试来测量纸娃娃的手臂可以承受多大的力。

将双臂向相反的方向拉离核心(如图8所示),直到它断裂为科学测试?

图8. 将武器朝相反方向拉离核心并不是确定纸娃娃强度的科学方法。

将武器朝相反的方向拉离核心不是科学的方法来确定纸娃娃的力量。

它会让你知道它是否容易,困难或者很难打破纸娃娃。科学家们称之为定性测量。但您正在寻找定量测量。

让纸娃娃从一只手臂悬挂下来(如图9所示),在另一只手臂的篮子上加重,直到纸娃娃断裂,这是一次科学测试吗?

图9。将手臂拉离核心的重量有助于量化打破纸娃娃所需的力。
将手臂拉离纸娃娃核心的重量帮助量化打破娃娃所需的力量。

是的,附在手上的已知物质的重量将手臂拉离核心。质量量化纸娃娃的强度。

技术说明:

质量和重量不相同。物体的质量是物体中的物质量。使用刻度或天平以克(g)为单位测量。物体的重量代表不同的东西。它是该物体上的重力(或拉力)。重量以牛顿(N)计,而不是克。地球在其表面放置1千克(kg)的质量,以9.8 N的力拉动,因此我们可以说在地球上,1千克的质量为9.8 N.

  1. 复制笔记本中的下表。它将帮助您记录您的发现。

< TD>

< TD>

< TD>

< TD>

PY纸娃娃 纸娃娃1 纸娃娃2 纸娃娃3 平均
质量打破纸娃娃(g)
失败来源(纱线/纸)
PB纸娃娃 纸娃娃1 纸娃娃2 纸娃娃3 平均
质量打破纸娃娃(g)
失败来源(布拉德/纸)
HY纸娃娃 纸娃娃1 纸娃娃2 纸娃娃3 平均
质量打破纸娃娃(g)
失败来源(纱线/纸)
HB纸娃娃 纸娃娃1 纸娃娃2 纸娃娃3 平均
质量打破纸娃娃(g)
失败来源(布拉德/纸)
表2。记录您的发现的数据表。

  1. 应用以下部分所述的测试程序:
    1. 三个P-Y型纸娃娃中的每一个。
    2. 三个P-B型纸娃娃中的每一个。
    3. 三个H-Y型纸娃娃中的每一个。
    4. 三个H-B型纸娃娃中的每一个。

    共计12次测试。

测试纸娃娃的程序

  1. 使用遮蔽胶带将水桶连接到纸娃娃的手上,如图10所示。注意:注意在这里做好录音。如果在测试纸质玩偶时此连接断开,请使用胶带更好地重新连接存储桶并继续测试。

一个水桶附在纸娃娃的手上用胶带。
图10. 用遮蔽胶带将水桶连接到纸娃娃的手上。

  1. 将重物(硬币,大理石或任何用作重物的物品)放在触手可及的范围内。
  2. 用右手握住纸娃娃,如图9所示(右图)。
  3. 如果纸娃娃不能单独承受桶的重量,请转到步骤11。
  4. 放下纸娃娃,使铲斗放在地板上,如图9所示(左图)。
  5. 用左手向铲斗添加一个小重物。
  6. 用右手慢慢抬起纸娃娃,直到铲斗悬挂在地板上方。
  7. 慢慢计数到五,以确保纸娃娃可以舒适地保持这个重量。
  8. 重复步骤5到8,直到纸娃娃断裂。
  9. 注意哪些部分失败(纸张,布拉德或纱线)并将其写入表2中的数据表中。
  10. 测量并记下打破纸娃娃所需的质量:
    1. 使用厨房秤测量桶内物质(硬币,大理石或其他物品)的质量。不要忘记选择”g” 作为单位的克。这是科学家们使用的质量单位。
    2. 如果装满的水桶比您的水垢的最大容量重:
      1. 从桶中取出一些砝码.
      2. 用剩余的东西测量铲斗的质量。
      3. 测量你拿出的东西的质量.
      4. 添加这些测量的质量以获得打破纸娃娃的总质量。
    3. 在数据表中写下测量质量。
  11. 取下胶带和铲斗左侧的任何身体部位。
  12. 将重量留在桶中的任何重物放回重物堆上。
  13. 继续测试更多纸娃娃。

完成测试每种类型的三个纸娃娃?然后,您的数据表应显示填写的前三列。

分析数据

  1. 仔细观察测试P-Y纸娃娃时失败的原因:
    1. 这三个都表现出同样的失败(例如,在所有三个PY型纸娃娃中,纱线保持在一起但是它会撕裂纸张)或者是否存在变化(某些PY类型因纱线断裂而失败)有些人因为论文破裂而失败了。)?
    2. 你能得出结论哪个更强,纸张还是纱线?
    3. 如果你能改进这种类型的纸娃娃,你会改变什么?
  2. 仔细观察测试P-B纸娃娃时失败的原因:
    1. 这三个都显示出同样的失败(例如,布拉德弹出,因为它不再支持拉力量)或者某些显示不同的失败(例如,纸张撕裂)?
    2. 你能断定哪个是强壮的,辫子还是纸张?
    3. 如果你能改进这种类型的纸娃娃,你会改变什么?
  3. 对H-Y型纸娃娃重复步骤1。
  4. 对H-B型纸娃娃重复步骤2.
  5. 计算打破P-Y型纸娃娃所需的平均质量。打破P-Y类型所需的质量可以在数据表的第二行中找到。
    1. 加上打破玩偶1,玩偶2和玩偶3所需的三个质量。将此总数除以3(因为您测试了三个纸娃娃)。结果是打破P-Y型纸娃娃所需的平均质量。
    2. 将此数字写在数据表的最后一列。

    如果您需要帮助计算一系列值的平均值,请查看参考书目

  6. 对其他三种纸娃娃类型重复步骤5。
  7. 比较打破不同类型纸娃娃所需的平均重量。请注意,较高的数字对应于打破纸娃娃所需的更大质量或更大的力。
    1. 哪种纸娃娃类型最弱?
    2. 哪种类型最强?
    3. 差异是小还是大?
  8. 制作数据条形图。选择纸娃娃类型作为水平轴的变量和平均重量来打破纸娃娃作为垂直轴的变量.(如果您需要帮助制作图表,请查看参考书目。)
  9. 如果您有另一个带有可移动部件的纸娃娃,这些纸娃娃类型的结果是否适用于您的新纸娃娃?

这样就完成了你的科学项目。您现在知道当孩子将肢体拉离身体时,哪种类型的纸娃娃将保持最长时间。

作为一名科学家,你需要增加更多的测试来确认这种类型的纸娃娃在其他耐久性测试中表现最佳,例如在正常情况下它如何表现(儿童玩纸娃娃)。您可以在变体部分找到包含在耐久性科学项目中的想法。

也许这个科学项目引发了其他设计选择的想法,这可能会创造更耐用的纸娃娃或玩具。您现在可以使用工程设计流程来开发和改进设计。

最后,不要忘记装饰和享受你的玩具!

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变体形式

  • 要测试纸娃娃在正常条件下的耐久性,您可以:
    • 创建三种或更多种类型的纸娃娃。
    • 将纸娃娃分发给一群孩子。
    • 看着孩子们玩纸娃娃。
    • 如果任何纸娃娃破裂,请注意处理此故障的处理方法。如果由于滥用而导致失败,请从此测试中移除此玩偶。如果在正常使用情况下失败,请注意它失败了多少时间.
    • 注意任何可能会影响你的测试的东西 – 例如只有一种类型的孩子,一个孩子从另一个孩子手中抓住纸娃娃等等。
    • 收集纸娃娃。
    • 检查纸娃娃是否有明显的损坏.
  • 使初始模板缩小50%(使用复印机)并调查纸质玩偶的尺寸是否会影响其强度(或耐久性).
  • 对于不同的耐久性测试,计算在纸娃娃断裂之前扭动手臂的次数。
  • 测试纸质玩具的可拆卸部件的耐久性(而不是本科学项目中使用的可移动部件)。可拆卸的部件 – 例如,马的外套 – 可以通过在可拆卸部分(纸面)上切割并滑动纸制玩具的一部分(在这种情况下,马的头部)通过切割来添加,如图11所示。

    图b。外套上的切口允许从主纸玩具(马)中取出外套。顺时针方向从左边的图开始:带有剪裁和马的外套;马的头部穿过外套上的切口;旋转外套让它落到位。
    带可拆卸部件的纸质玩具。

    可拆卸部件易于磨损。设计选择将影响其耐用性。对于此变体,请选择可能影响耐久性的两个设计选项,例如:

    • 切割开始靠近边缘或远离可拆卸部分的边缘。
    • 切口很窄或很宽.
    • 打印纸或重磅纸。
    • 用胶带加固的切口(在创建切口之前应用)或不使用胶带.

    这导致四种类型的可拆卸部件(例如:打印纸中的窄切,厚纸中的窄切,打印纸中的宽切,厚纸中的宽切。)您可以比较这四种正常条件下的耐久性通过计算在发生故障之前可以打开和关闭可拆卸部件的次数来计算类型。