Scratch砲彈射擊與簡易物理運算

在Scratch遊戲中，射擊遊戲是許多小學生喜歡製作的類型。那有沒有辦法讓射擊小遊戲，加入一些模擬生活中的元素，讓學生了解更多生活中的物理現象呢？以下是我的探索過程。

以砲彈射擊來當作探索的主題，如果是我自己以往的做法，會將Scratch遊戲做成如下這個：

https://scratch.mit.edu/projects/126654315/

(方向左右鍵移動，滑鼠瞄準，滑鼠左鍵發射)

輪子的移動會是等速移動，砲彈則是直直的直線飛去，彷彿是在太空中(或卡通)。
這樣的設計當然是OK。但是有沒有稍微再擬真的方式呢？思考一下。

為了讓砲彈射擊進化，準備將一些物理力學的簡單公式帶入，一開始先來研究
輪子的轉動。轉動的快慢與角速度有關，角速度的原理與Scratch積木的模擬如下：

把角速度當成變數後，可以用操作的方式，來改變不同轉動的角速度，
造成輪子會有加速與減速的效果。 用Scratch做出來的輪子效果像這樣：

https://scratch.mit.edu/projects/126656896/

動手操作看看，是不是有模擬實際車輪轉動的感覺呢？

除了轉動以外，輪子還可以加上左右移動速度，速度的物理公式與Scratch模擬
積木如下圖：

這樣套上速度的做法，可以讓輪子加減速，但是有可能速度過大而拉不回來的感覺(感覺慣性很大)，怎麼辦呢？

也許可以再加上一點地面的摩擦力，讓輪子會慢慢自己停下來。摩擦力的物理原理與Scratch模擬積木，如下圖：

到目前為止，輪子加上角速度、速度與摩擦力後，做出來的輪子移動效果如下：

https://scratch.mit.edu/projects/126659026/

這樣的輪子移動就與原本以往的做法，在操縱上有了不同的感覺。



那砲彈的射擊呢？輪子的速度改變原本就包含了加速度的概念。
加速度的物理公式與Scratch積木如下(以等加速度為主)：

當然，在地球上最有名的等加速度，就是使蘋果落地的重力加速度，這個運動也是一般所說的自由落體。自由落體的物理公式與Scratch積木如下：

關於砲彈的自由落體運動，做出來的效果如下(順便做了拋物線的軌跡)：

https://scratch.mit.edu/projects/126660388/



那還有什麼物理現象可以模擬的嗎？通常大砲的感覺都是威力很強，所以發射時，
砲管會向後退，有強大的後座力，這也是物理上作用力與反作用力的現象
(牛頓第三運動定律)。
反作用力的物理原理與Scratch積木如下圖：

除了反作用力(後座力)，另外也可以嘗試球體的反彈，反彈的原理簡單來說，
就是當物體碰到地面時，垂直速度會反轉，而且有些力量被地面吸收，所以會越彈越低。

原本的砲彈，再加上反作用力，與球的反彈，做出來的Scratch效果如下：

https://scratch.mit.edu/projects/126661827/


經由以上的種種探索過程，可以將原本的一個砲彈射擊小遊戲，
加入了一些物理現象的模擬：
如速度、角速度、摩擦力、自由落體、反作用力與球體反彈，
讓遊戲可以更貼近生活。這個探索也充滿樂趣，
讓我感受到物理力學的實用
(To以前的物理老師：原來以前學的物理是有用的)。