30/10/2025
【科普知識分享⭐】
你一定看過傳統的菱形風箏🪁
但你看過立體結構、長得像金字塔??的風箏在天空翱翔嗎
歷史上，還有用3000多個小風箏，組合成的12公尺、90公斤的超巨大風箏「小天鵝（Cygnet）」🦢!!!
作為飛行器祖師爺
正四面體風箏是如何在古典飛行史中展翅高飛的呢?
一起來看看紙鳶飄逸的翅膀下
藏著的浪漫又理性的數學故事✨
「華生快過來，我需要見到你（Mr. Watson, come here -- I want to see you）。」
相傳，貝爾（Alexander Bell）是大聲吼出這句話，希望隔壁房間的華生能聽到。華生聽到了，但卻是從電話裡傳來的聲音。
那是史上第一通電話。
但你知道，貝爾除了通信，還有跟 #飛行 與 #建築 相關的發明嗎？
▍貝爾的飛行夢
20世紀初期，人們對於飛向天空充滿嚮往，貝爾也不例外。華生是貝爾發明電話的得力助手，相傳他曾說過：
「比起電話，貝爾更想挑戰飛行。」
然而，飛行很困難，當時某些科學家甚至笑稱，投入飛行研究，只會讓自己一事無成。對此，貝爾的回應是：
「這些人在電話沒發明之前，也認為它是不可能的。」
而挑戰不可能，正是貝爾最有興趣的事情。
當時，澳洲發明家哈格雷夫（Lawrence Hargrave）已經設計出「箱形風箏」，成功飛上天空。貝爾覺得很有趣，但他自己做了之後立刻發現這款風箏的根本性缺陷——越大，越飛不上天。
箱型風箏的立方體結構很不穩固，所以得加裝許多支架。
支架一多，風箏會變重。當我們想做更大的風箏，讓風箏表面吃到更多風力，面積會隨著風箏邊長呈現平方的增加。可重量會隨著邊長呈現次方的增加。
也就是說，風箏越大，重量比升力增加得更快。這是來自維度的詛咒。
該怎麼辦呢？
就像Elon Musk會回到第一性原理解決問題，貝爾也從最根本的數學結構去改進。
他知道三角形比四邊形穩固，所以正四面體會比立方體更加穩固。
夠穩固，就能減少支架，避開了重量呈現三次方增加的問題。
貝爾設計出小型的正四面體風箏，再用3千多個小風箏，組合成一個12公尺，重達90公斤的巨大風箏「小天鵝（Cygnet）」。
小天鵝披上了紅色的稠布作為風箏面，順利飛翔，載人飛到50多公尺的高空，飛行時間長達7分鐘。
貝爾在發明電話後，又成功地挑戰了飛行。
▍發明的種子，意外在別的領域發芽
雖然，後來在飛行研究上，萊特兄弟勝過了貝爾，21世紀的天空沒有正四面體的飛機，彷彿貝爾的研究都是泡影。儘管他那麼地熱愛飛行，連過世下葬時，棺木裡都放了與風箏布同款的紅色綢布。
但其實，貝爾當時為了證明正四面體結構既輕巧又穩固，他曾在自己的莊園Beinn Bhreagh地搭了一座正四面體觀測塔。
這座觀測塔宛如一顆種子，多年後在建築領域萌芽。
如今許多建築結構，例如台南美術二館的屋頂，都可以看到正四面體的結構。
貝爾沒有失敗，只是換了另一種形式影響世界。
明年寒假的 #數學實驗營，我們把貝爾回歸第一性原理，從幾何形狀的穩定性出發，搭配碎形結構，還有豐富有趣的發明家故事，都整理成適合小學中高年級孩子的課程活動。
於營隊中，孩子將了解飛行器的歷史，更與老師一同探究藏在貝爾風箏中的數學秘辛，從中掌握跨域知識：
🌟數學知識：幾何平面與立體、碎形、指數
🌟生活知識：鳥類構造、熱氣球原理、風箏結構特色
🌟人文與藝術知識：飛行神話、孟格菲兄弟
還在等什麼？快跟數感一起開啟孩子的古典飛行夢🪽
⬢ 發明電話的男人也有個飛行夢 ⬡
圖片來源： 公有領域 (Public Domain)，原始影像由美國國會圖書館典藏。
#亞歷山大貝爾 #正四面體風箏 #電話
