核心概念
物理學
工程學
重力
機械設計
簡介
你有沒有用過硬幣分揀機來分離便士、鎳幣、角幣和四分之一美元？當需要分離混合在一起的東西時，使用機器比手工挑選要快得多。在這個專案中，你將建造一臺可以自動分離兩種不同尺寸的彈珠的機器——僅靠重力驅動！
背景
分揀機在許多不同的應用中使用，但它們都有一個共同點。它們自動化了手工完成既耗時甚至不可能完成的任務。手動分揀一兜硬幣可能並不困難，但如果你在銀行工作，必須分揀數千枚硬幣呢？如果有一臺機器來完成這項工作就好了！採礦是另一個例子。早期的礦工會使用一種稱為淘洗的手動過程，將金塊從平底鍋中的泥土和沙子中分離出來。今天，大型工業機器被用來從其他岩石和泥土中分離出有價值的寶石和礦物。許多回收設施都有可以自動分離紙張、塑膠和金屬物體的機器——這意味著如果你的城鎮有單流回收，你只需將所有可回收物傾倒到一個垃圾箱中即可，無需自己分類！
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機器究竟如何分離所有這些不同的材料？它們利用了不同物體和材料具有不同屬性的事實。例如，有些材料是磁性的，有些則不是，所以你可以使用磁鐵來分離磁性和非磁性材料。材料具有不同的密度——這意味著有些會漂浮在水中，有些會下沉。有些會被強風輕易吹走，而另一些則足夠重，可以留在原地。物體有許多不同的尺寸和形狀。有些可能有光滑的圓形形狀，可以讓它們輕鬆滾動（例如球），而另一些可能有不規則或扁平的形狀，使它們容易卡住（例如扁平的紙板）。較小的物體可以透過格柵中的孔落下，而較大的物體則會卡在頂部。在這個專案中，你將利用最後一個特性來分離直徑不同的彈珠。
材料
塑膠杯
工藝棒
紙
膠帶
膠水
剪刀
幾十個“小”彈珠或工藝品店的塑膠或木製珠子。 六毫米或大約 1/4 英寸的直徑效果很好。
幾十個“大”彈珠，或工藝品店的塑膠或木製珠子。 12 毫米或大約 1/2 英寸的直徑效果很好。
準備
將大小彈珠的混合物倒入一個塑膠杯中。搖動或攪拌杯子，確保彈珠混合均勻。
這個專案的目標是建造一臺機器，你可以將一杯混合大小彈珠倒入一端，並讓機器按大小自動將它們分類到兩個不同的杯子中。這是一個工程設計專案，這意味著沒有唯一的“正確”方法來完成。該步驟將描述一種可能的方法，但不要害怕修改它或嘗試你自己的想法！
步驟
將幾根工藝棒粘在一起形成一個格柵，如圖所示。木棍之間的間隙應該足夠大，小彈珠可以透過，但又足夠小，大彈珠不能透過。
使用塑膠杯、其他工藝棒、紙、膠水和膠帶為你的格柵搭建一個支撐結構，使其以一定角度懸在兩個塑膠杯上方。（如果你使用膠帶，你可能會在以後決定修改機器時輕鬆拆卸它；使用膠水可能會使此操作更加棘手——但如有必要，你可以建造其他機器。）一個杯子應該直接位於格柵下方，以收集掉落的小彈珠，另一個杯子應該位於格柵的較低端，以收集較大的彈珠。確保收集杯沒有永久固定在機器的其餘部分——你需要能夠輕鬆移除它們。
捲起一張紙或小心地剪開一個塑膠杯，並用它在格柵的頂端製作一個漏斗，這樣你就可以將彈珠倒入你的機器中。
將你的一杯混合彈珠倒入漏斗中，觀察會發生什麼。彈珠如何流過你的機器？小彈珠會穿過格柵掉落嗎？
現在，取下兩個收集杯，看看它們的內容物。杯子是否完全分類（所有大彈珠在一個杯子中，所有小彈珠在另一個杯子中），或者它們是否被一些錯誤杯子中的彈珠“汙染”了？
將所有彈珠倒回一個杯子中，再次混合。
工程師很少在第一次嘗試時就完美地完成事情。“迭代”是工程設計過程的重要組成部分——這意味著你設計一些東西，建造它，測試它，然後返回並重復該過程以改進設計。如果你的收集杯被錯誤的彈珠汙染了，你如何改進你的設計，使其效果更好？
嘗試改進或更改你的設計，以便你可以將所有彈珠分類到正確的杯子中。你能否達到樣品完美分類，所有彈珠都在正確杯子中的程度？
觀察和結果
你不太可能在第一次嘗試時就建造出一臺完美執行的機器。特別是，一些較小的彈珠可能會在工藝棒的扁平側面滾動得太快，而永遠不會落入孔中，因此它們最終會出現在錯誤的杯子中。有很多方法可以解決這個問題。你可以加長格柵，以增加小彈珠會掉落孔中的機率。你可以傾斜工藝棒或將其側立，使“扁平”側面不水平放置，這樣較小的彈珠將始終向下滾動到孔中。你可以將其他與格柵其餘部分垂直的工藝棒碎片作為障礙物，使彈珠在向下滾動時彈跳——同樣，增加小彈珠會掉落孔中的機率。一旦你改進了格柵，你應該能夠建造一臺可以完美分類大彈珠和小彈珠的機器。如果你慢慢地將彈珠倒入機器中，而不是一次性倒入，也會有所幫助。
清理
檢查地板，確保你沒有掉落任何彈珠（它們可能會造成窒息危險）。
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