檢視針筒幫浦的原始碼

[[分類:物理]]
<s4e>
pid=203
show=原始設計者;簡介
</s4e>
==目的==
用針筒製作抽水幫浦，可了解其機械原理，是藉由幫浦內體積之改變、造成氣體壓力的變化，以達到抽水的目的。此外我們也可用打氣加壓的方式將水擠出，達到另類的『抽水』效果。
==原理==
如圖 1 所示，針筒幫浦有一個進水孔：洞孔 A，和一個出水孔：洞孔 B，藉由閥門的設計，當壓下針筒活塞時，水擠壓閥門 A堵住洞孔 A，閥門 B 則會被水推開，故水只能從洞孔 B 流出。反之，當上拉針筒活塞時，閥門 A 會被往上吸而開啟洞孔 A，閥門 B則會被吸入而關閉洞孔 B，此時水只從洞孔 A 流入。(裝置圖僅供;參考，洞孔位置、閥門設計方式可自行設計。)

使用針筒幫浦抽水時裝置如圖 2，將洞孔 A 接到水瓶 P 內，若上拉針筒活塞，使封閉的針筒內氣體體積增加，則由波以耳定律知筒內氣體壓力會減少，故水瓶 P 與針筒內之氣體壓力差會向上將水擠到針筒內。當針筒吸滿水後，向下推動針筒活塞，筒內的水會擠壓閥門而封閉洞孔 A，打開洞孔 B，則水便會由洞孔 B流出來。

另一種抽水方式如圖 3 所示。將針筒抽水裝置的洞孔 B 接在水瓶 R 的打氣孔內，藉著活塞的抽壓作用，把氣體壓入瓶內，即可使 R 瓶內的水被壓入 S 瓶內，而進行抽水作用。

<img src='http://jendo.org/~%E5%BC%B5%E5%8F%88%E6%87%BF/images/1.jpg'>
<img src='http://jendo.org/~%E5%BC%B5%E5%8F%88%E6%87%BF/images/2.jpg'>

<img src='http://jendo.org/~%E5%BC%B5%E5%8F%88%E6%87%BF/images/3.jpg'>

==活動一：傳統抽水機==
===場地需求===
桌子。電源（電子秤用）。
===使用器材===
#大會器材：每隊：針筒（20mL）4 支。共用：電子秤（可秤 10kgw）。
#自備器材：每隊：乾淨的 5000mL 寶特瓶（直徑約 14~17cm，高約 32cm）含蓋與提把共 4 瓶。氣球棒，水管，抹布數條，膠帶，黏著劑，工具，閥門材料，漏斗（倒水用）…等。

以上活動一、活動二共用。

===製作說明===
各參賽隊伍於規定時間內（參考五、競賽時間），現場製妥4 個針筒幫浦，並將事先備妥的空保特瓶 P 在現場裝水（水量上限 5000 毫升），再把另一空保特瓶 Q，全部一起帶到競賽區供活動一使用。製作時還請注意下列事項：
#幫浦操作過程規定只能藉由拉壓針筒活塞來控制閥門的開關。比賽時，手只能碰觸針筒和其活塞，不得碰觸瓶子。
#兩個閥門製作的方式不限（參考附件一），但需自製，不得整組使用市售成品。
#閥門應在競賽製作時間內現場組裝。
#寶特瓶身不可破壞。
#每個幫浦抽水到 Q 瓶均應使用水管連接，比賽時每條水管需能固定在 Q 瓶上，固定裝置須牢靠但易裝卸，且出水口在瓶內，出水口之水平高度應高於 P 瓶內的水面。
===競賽說明===
#流程
##競賽前由裁判使用電子秤，先測量 Q 瓶的重量為 W1。
##記錄好 W1後，在裁判同意下，各隊 4 位參賽人即可立即分別將其幫浦的抽水孔插入 P 瓶；而出水管全都連接到 Q 瓶口內固定好。
##競賽開始時，在裁判號令下，計時 30 秒內，參賽者個別操作其幫浦將 P 瓶內的水抽至 Q 瓶中。
##計時結束，參賽者應立即停止抽水動作，接著測量 Q 瓶的總重量為 W2。
##最後，用公式 V＝W2－W1 計算抽水量（記錄時以 100 公克計，100 公克以下尾數無條件捨去），為本活動得分。
#競賽注意事項
##比賽時間終了，參賽者須立刻停止動作，否則得分扣 50分。
##操作途中若寶特瓶翻倒使水漏出，則該隊立刻停止比賽，其抽水量成績仍以公式 V＝W2－W1計算，但得分扣 60 分。
##若操作針筒幫浦時會漏水、或從縫隙噴水，則該針筒應遵從裁判指示立即停止操作（不遵守指示者，取消參賽資格），但同隊其餘針筒仍可繼續進行比賽。一個針筒漏水，本項活動得分扣 1 分。
##只能使用大會指定的水源，不可添加其他物質增加重量。針筒活塞不可另外塗抹潤滑油等物質。
##比賽前針筒和閥門應擦乾以免誤判為漏水。
===評分標準===
得分=V－扣分。
===計分方式===
按評分標準之得分計算式，依高低排序後，再以六等第計分法（表一）計分，得 x 分。 
<table style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">
<tr style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">名次</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">一</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">二</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">三</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">四</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">五</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">六</td>
</tr>
<tr style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">隊數</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">1</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">3</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">6</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">10</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">15</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">其他</td>
</tr>
<tr style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">得分</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">30</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">21</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">15</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">12</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">9</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">6</td>
</tr>
</table>
==活動二：打氣式抽水機==
===場地需求===
桌子。電源（電子秤用）。
===使用器材===
同活動一。
===製作說明===
各參賽隊伍於規定時間內（參考五、競賽時間），於現場製妥 4 個針筒幫浦（與活動一共用），另外也要把事先備妥的空保特瓶 R 裝水（水量上限 5000 毫升）及在瓶蓋上打洞（洞數不限），再把另一空保特瓶 S，全部一起帶到競賽區供活動二使用。製作時還請注意下列事項：
#幫浦操作過程規定只能藉由拉壓針筒活塞來控制閥門的開關。比賽時，手只能碰觸針筒和其活塞，不得碰觸瓶子。
#兩個閥門製作的方式不限（參考附件一），但需自製，不得整組使用市售成品。
#閥門應在競賽製作時間內現場組裝。 
#寶特瓶身不可破壞或擠壓變形。
#R 瓶抽水到 S 瓶應使用水管連接，並將出水口固定在在 S 瓶內，出水口之水平高度應高於 R 瓶內的水面。
#R 瓶蓋應在現場打洞不可事先加工，但可多準備幾個瓶蓋備用。
===競賽說明===
#流程
##競賽前由裁判使用電子秤，測量 S 瓶的重量為 W3。
##記錄好 W3後，在裁判同意下，各隊 4 位參賽者即可立即分別將其幫浦的打氣孔接上 R 瓶蓋（或於製作時間內將裝置連接好）；R 瓶蓋出水管固定在 S 瓶口，固定裝置須牢靠但易裝卸，其水管出口必須高於在 R 瓶內的水面。
##競賽開始時，在裁判號令下，計時 2 分鐘內，參賽者利用針筒幫浦將 R 瓶內的水用打氣加壓的方式抽至 S 瓶中。
##計時結束，參賽者應立即停止抽水動作，接著測量 S 瓶的重量為 W4。
##最後，用公式 V＝W4－W3 計算抽水量（記錄時以 100 公克計，100 公克以下尾數無條件捨去），為本活動得分。
#競賽注意事項
除了不可擠壓 R 瓶身以外，其餘規定同活動一。
===評分標準===
得分=V－扣分。
===計分方式===
按評分標準之得分計算式，依高低排序後，再以六等第計分法（同表一）計分，得 y 分。
<table style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">
<tr style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">名次</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">一</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">二</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">三</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">四</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">五</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">六</td>
</tr>
<tr style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">隊數</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">1</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">3</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">6</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">10</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">15</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">其他</td>
</tr>
<tr style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">得分</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">30</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">21</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">15</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">12</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">9</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">6</td>
</tr>
</table>

==競賽時間==
#製作時間：16 隊共用 20 分鐘的時間完成下列製作。
##每隊在現場共製作 1~4 個針筒幫浦，同時用於活動一和活動二。
##將自備的 4 瓶寶特瓶分為 P、Q、R、S（請事先用油性筆寫或貼防水標籤記號）。其中 P 瓶裝水（水量上限 5000 毫升）、Q 瓶為空瓶，供活動一使用。活動二則使用裝水的 R 瓶（水量上限 5000 毫升）和空瓶 S、其中 R 的瓶蓋規定在現場鑽洞(洞數不限)。
##評審時間：活動一與活動二，同時分組進行，時間共 50 分鐘。
##注意：本項活動必須在 70 分鐘內完成。
==總成績==
將所有隊伍之活動一與活動二的成績，分別以六等第計分得x 與 y 後，x 與 y 相加即得 z，按 z 的高低排序，再依六等第計分法計分所得名次即為本項目成績。最高分者若不只一隊則以活動二成績較佳者為第一名，可獲單項冠軍。 
==活動三：創意競賽==
===競賽說明===
製作方式、材料不限，但需利用體積變化以改變壓力來達到抽水之目的。
===評分標準===
創意 30%、功能（實用、美觀、趣味、製作精細度）40%、文案 30%，總分最高者頒發創意獎。此項評分獨立計算，不列入總成績內。 
===說明書===
文字 200 字以內，並文字、解說圖與照片以兩張 A4 紙內完成。說明書包括設計原理、功能與特點（包括創意），於報到時一併繳交。 
==器材總表==
<table style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">

<tr style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">活動項目</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">品名</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">規格</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">數量</td>

</tr>
<tr style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">活動一與活動二大會提供器材</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">針筒</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">(20ml)</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">四支</td>
</tr>



<tr style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">活動項目</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">品名</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">規格</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">數量</td>

</tr>
<tr style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">
<td rowspan="8" style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">活動一與活動二建議自備器材</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">寶特瓶</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">乾淨的 5000mL（直徑約 14~17cm，高約32cm）含蓋與提把</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">4 瓶</td>

</tr>
<tr style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">

<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">氣球棒</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">不拘</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">數條</td>

</tr>
<tr style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">

<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">水管</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">不拘 </td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">數條</td>

</tr>
<tr style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">

<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">抹布</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">不拘 </td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">數條</td>

</tr>
<tr style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">

<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">膠帶</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">一般型式</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">數個</td>

</tr>
<tr style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">

<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">黏著劑</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">不拘</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">數個</td>

</tr>
<tr style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">

<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">閥門材料</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">各式</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">數個</td>
</tr>
<tr style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">

<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">漏斗</td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">（一般方便倒水用即可） </td>
<td style="border:1px solid #000;border-collapse:collapse;">一個</td>
</tr>
</table>
◎大會共用器材：電子秤（可秤 10kgw）。材料採購請參考附件二。
==給評分及參賽者者的建議==
===給評分者的建議：===
#現場可準備大垃圾桶裝水，每隊裝水時使用同樣的 5000 毫升容器。又每個評分區可準備大水盆以防範寶特瓶翻倒。
#競賽場地可不用桌子，可在地板進行活動。
#比賽進行中，若參賽者需要，裁判需幫忙扶住瓶口。
#參賽者製作幫浦閥門時，需注意並確認是當場製作、組裝，無整組使用市售成品。
===給參賽者的建議：===
#針筒製作時，各零件連接的緊密度很重要，務必多加嘗試各種材料、連接方式。
#活動二中 R 瓶的密閉效果也很重要。打洞時要慢慢擴大，以免影響密閉效果。
#可用三通管（或多通管）連接水管。在五金百貨行或水族用品店可購得。
==附件一：閥門 B 的參考製作方式 B 的參考製作方式==
===材料：===
#適當厚度的硬塑膠管（例如：原子筆管）兩段。
#可與硬塑膠管緊密連接的水管一段。
#閥門材料：BB 彈一顆或軟墊片。 
<img src="http://jendo.org/~%E5%BC%B5%E5%8F%88%E6%87%BF/images/4.jpg">

===(二)作法：參考圖 4 ===
#其中一段塑膠管的一端使其平整。
#另一段塑膠管的一端使其凹凸不平。
#用適當的水管連接兩段硬塑膠管，將閥門 夾在兩塑膠管中間。
#調整兩塑膠管的距離。
==附件二：備註(特殊器材採購地點或其他需要告知之事項 (特殊器材採購地點或其他需要告知之事項)==
#採購材料時請選用不附針頭的針筒。
#針筒的頭（圖一中的孔洞 A）要能與汽球棒和 2 分水管緊密
結合。