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<s4e> pid=214 show=原始設計者;簡介 </s4e> ==原理== 物體在水中,若物體的密度大於其周圍的水的密度,物體就下沉。反之,若小於水的密度,物體就不會下沉,而下沉的物體就會上浮。以此推之,若兩者的密度相等,物體就會停在水中。物體的密度(D)與質量(M)以及體積(V)的關係,可以用式子表示如下: <img src='http://science4everyone.net/img/%E6%90%96%E6%8E%A7%E7%9A%84%E6%B5%AE%E6%B2%89%E5%AD%90/%E9%81%99%E6%8E%A7%E7%9A%84%E6%B5%AE%E6%B2%89%E5%AD%9001.jpg' height='100'> 由上式可知要改變物體的密度有兩種方式:一為固定M,改變V,另一為固定V,改變M。就浮沉子而言,這兩種方式均可以做到,均可以使浮沉子的密度比水的密度大或小,甚至相等。若能夠如此調整就可操控浮沉子的下沉或上浮,甚至停在水中。 「帕斯卡原理」說:「密閉流體的任一部分受壓,所受的壓力可以傳至流體的每一部分,大小不變」。因此,在裝滿水的密閉寶特瓶外的任一地方施壓,或在玻璃瓶內以遙控的方式施壓,瓶內的浮沉子會感受到壓力。若浮沉子有小孔可讓水進出,則水會從小孔進入浮沉子內,浮沉子增加重量而往下沉;若放鬆壓力,則被壓進浮沉子內的水就會流出來,浮沉子減輕重量而浮上來。因此改變小孔的大小,控制水從小孔進出的難易與快慢,就可控制浮沉子增減重量的快慢。小孔的孔徑約在0.2~0.3mm時,最容易控制浮沉子增減重量的速率。 若浮沉子完全密閉,水不能進出浮沉子,就不能改變其重量,但若能改變其在水中的體積,即改變其所得的浮力,也可以操縱其沉浮。例如用塑膠滴管所製成的密閉浮沉子,因塑膠的軟硬不同,浮沉子受壓改變體積的程度以及快慢的速率不同,就可以因其在水中所得浮力改變的快慢,用來控制其沉浮次序。 ==三、活動一:依序沉浮== ===場地需求=== 沒有特別的需求,課桌椅也可以。 ===使用器材=== #大會:吸管(吸飲料用的)10支,銅釘(6分)40支 #自備:寶特瓶(透明,約600mL)、蠟燭、打火機、箝子、尺、剪刀、美工刀、簽字筆(油性)、茶杯、抹布、浮沉勾(製作方法,見附件三) ===競賽說明=== ====(一)操作方式==== 於30分鐘內,在現場製作每組至多7個浮沉子(製作方法,見附件一),在其上端的兩面編寫號碼並調整好後放進透明的寶特瓶(約600mL)內, 使其能依編號(1、2、3、…、n)順序下降後,再依順序(n、…、3、2、1)上升。 #每隊要製作兩瓶的浮沉子,每兩人隊員一組,要合力製作一組浮沉子共用,各自操控同一個寶特瓶,使其自製的浮沉子依序沉浮。 #大會提供吸飲料用的吸管(內徑約0.5~0.7公分)10支及6分的銅釘40支。 #製作與調整時間共30分鐘。 #剪刀、美工刀、打火機、蠟燭(不得使用其他火源,違規者取消該隊參賽本項資格)、油性色筆、尺、寶特瓶(用油性筆,劃一中線)、抹布、「救生員(浮沉勾)」或鑷子等各隊自備。 ====(二)注意事項==== #操控浮沉子時,必須一個浮沉子完成動作後,才輪到下一個,例如下沉時,1號浮沉子完全沉到瓶底,其他浮沉子全部浮在瓶內的上端,而且各浮沉子的頭部都要頂到水面,即所謂的「頂天立地」,等候裁判認定1號浮沉子已完成動作後,說「下一個」口令時,才可使2號浮沉子開始下降,而在2號的浮沉子下沉的過程中,1號浮沉子要「立地」,3號以上的浮沉子要「頂天」等候。 #操作「下沉」時,任一浮沉子的下端過了「中線」,就「視同下沉」,若這個浮沉子不該下沉,就算這個浮沉子違規下沉。要下沉的浮沉子過了中線後,要使其底端立在寶特瓶的底部,亦即「立地」後,才可以視為完成了下沉的動作。 #操作「上浮」時,注意事項類同上述的下沉動作,亦即最後下沉的n號浮沉子上浮到「頂天」,裁判說「下一個」口令後,(n-1)號的浮沉子才可開始上浮的動作。在上浮的過程中,n號要頂天,(n-2)號以下的浮沉子要立地等候。 #在操作「上浮」的過程中,任一浮沉子的頂端過了「中線」,就「視同上浮」,因此,若這個浮沉子不該上浮,就算其違規上浮了。 #已依序完成上浮動作的浮沉子,在操作其他浮沉子上浮時,因任何原因而再下降了,就視同沒有該浮沉子,而不計其績。 #操作1~5號的浮沉子時,不管下沉或上浮,均須單手操控,違者不計其成績。 #評分方法見後述,從評分的例子可以看出,要得點高,關鍵在於操控動作要確實,不在於浮沉子多。 #本項活動所需的浮沉子,雖然必須在現場指定的時間內製作,但因其製作與調整吸水量,均需要相當多的練習才能熟練,而所需材料均很容易取得,因此各位參賽者,要在事先勤加練習製作與操控浮沉子。 ====(三)評分標準==== #任何依序下降或上升的每一個浮沉子,各得1點,而未依序下降或上升的浮沉子,亦即下降時超前,上升時落後,則視同沒有該浮沉子的存在,故不計其成績。 #例如下降的順序是1253476,則因5號與7號的浮沉子超前下降,就視同沒有了5號與7號的浮沉子,因此只剩下12346號的5個浮沉子依序下沉,所以得5點;若是1345627則因3456均超前於2,先下降,故只能算127號的3個浮沉子,所以只能得3點;若是2345671,則只能得1點。同理,上升時也以類似的方式計點,示例如表一。 #每隊四人的成績加總,作為該隊活動一的成績。 <img src='http://science4everyone.net/img/%E6%90%96%E6%8E%A7%E7%9A%84%E6%B5%AE%E6%B2%89%E5%AD%90/%E9%81%99%E6%8E%A7%E7%9A%84%E6%B5%AE%E6%B2%89%E5%AD%9002.jpg'>
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