創意機械設計 | 冰雪運動之花樣滑冰
教學目標
配合冬奧項目中的花樣滑冰運動，使用機械結構模擬運動員在賽場上的動作講解了物理知識——角速度與線速度。建議時長
40分鐘
花樣滑冰項目介紹 2分鐘
花樣滑冰的特點 5分鐘
在我們觀賞花樣滑冰的時候，除了運動員在冰上滑行，滑出各種美麗的曲線以外，還會看到運動員們在冰上快速的旋轉，或是跳躍起來后在空中進行旋轉，非常的美麗。
還有一種情況相信大家也都非常熟悉，最開始花樣滑冰運動員身體收攏，一條腿神展開遠離身體開始旋轉，這時運動員旋轉的速度是比較慢的，而隨著運動員將腿靠近身體，運動員的轉速越來越快。
那么本次課程我們就使用齒輪間的相互運動來模擬一下花樣滑冰運動員們的風采。
齒輪的原理 5分鐘
齒輪是輪緣上有齒能連續嚙合傳遞運動和動力的機械元件，是能互相嚙合的有齒的機械零件，齒輪同樣分為很多種類，最為常見的就是我們的普通齒輪，形狀為一個圓形，圓的邊上有小齒可以相互配合，還會有扇形齒輪、偏心齒輪、異性齒輪等等很多的種類。
如果想要兩個齒輪完美嚙合，順暢轉動達到運動的傳導功能，則需要兩個齒輪的齒厚、齒高、齒距等等很多個參數都相互配合才可以，比較復雜。
我們本次課程主要探究的是齒輪間的齒輪配合問題，主要針對的是角速度與線速度之間的轉換。
1.角速度
一個以弧度為單位的圓(一個圓周為2π,即:360度=2π),在單位時間內所走的弧度即為角速度。公式為:ω=Ч/t(Ч為所走過弧度，t為時間)ω的單位為:弧度每秒 。角速度往往可以決定出一個物體的旋轉速度。
2.線速度
物體上任一點對定軸作圓周運動時的速度稱為"線速度"(linear velocity)。它的一般定義是質點(或物體上各點)作曲線運動(包括圓周運動)時所具有的即時速度。它的方向沿運動軌道的切線方向，故又稱切向速度。它是描述作曲線運動的質點運動快慢和方向的物理量。物體上各點作曲線運動時所具有的即時速度，其方向沿運動軌道的切線方向。
3.齒輪中的線速度與角速度
齒輪是用來傳遞運動的，而兩個齒輪間相互配合可以達到一些加速或減速的過程，這是因為齒輪間傳遞運動依靠的其實就是線速度與角速度的之間的傳遞，下面的齒輪組中，紅色的為主動輪，給整個齒輪組提供動力，藍色為被動輪，主要用來進行動力的輸出。
兩個相互嚙合的齒輪之間，他們的線速度是一樣的。
而兩個同軸的的齒輪，他們的角速度是一樣的。
模型拼裝 20分鐘
接下來我們根據給出的圖紙對模型進行拼搭，并測試我們的花樣滑冰模型。
探究性學習 8分鐘
①如何使得齒輪線速度、角速度的加速和減速？
②調節不同的齒輪配比，達到改變兩個花樣滑冰運動員的轉速。
可提供的解決方案：
1.齒輪角速度的加速與減速
如果是一個大齒輪與一個小齒輪嚙合，如下圖所示，左側的齒輪主動轉動帶動右側的齒輪，在線速度一致的情況下，就可以讓小齒輪的角速度加快達到加速的效果。
反之，如果是小齒輪和大齒輪嚙合，如下圖所示，同樣是左側齒輪主動轉動，在線速度一致的情況下，就可以讓大齒輪的角速度減慢達到減速的效果。
2.齒輪線速度的加速與減速
其實線速度的加減速很簡單，只需要在角速度的加減速上給藍色的被動輪加上一個同軸的大小不同的齒輪就可以達到效果。
下面是一個線速度加速的齒輪配合，使用大齒輪帶動一個小齒輪，首先達到角速度加速的效果，再通過同軸的角速度一致原理，使得藍色的大齒輪獲得比紅色大齒輪快的多的角速度，達到線速度加速效果。
反之亦然。
可以讓兩名同學作為一組，將配件結合在一起去進行試驗。
