玩水

原始設計者：謝迺岳

玩水從09:39開始

原理

伯努利方程、流體力學、水壓

實作項目

材料準備

• 吸管
• 氣球棒
• 寶特瓶
• 塑膠盆

實驗步驟

1. 製作：把粗吸管的一端剪開1公分長，套在另一支吸管上，可以接長。
2. 操作：以下的實驗中，不能移動、擠壓、傾斜與破壞寶特瓶（或水盆）。
   • 猜測：如何用兩支吸管（不可吸氣，只能吹氣）把瓶內的水弄出來？先猜想再實作。
   • 猜測：如何用一支接長的粗吸管（不可吸氣與吹氣）把寶特瓶中的水弄出來？先猜想再實作。
   • 猜測：如何用一支氣球棒（或已接長的粗吸管）把淺盆子中的水弄出來？先猜想再實作。

結果與討論

• 藉著氣壓與水壓的差異，可以把水由低處推往高處。伯努利發現：氣流快的地區氣壓變低，因此可以幫助推送水流。
• 結果：方法一：一支吸管在瓶內，用另一支吸管對著前一支吸管口使勁吹氣；吸管口的氣壓降低，瓶內的水就噴出來了。方法二：兩支吸管都插在瓶內，然後用手（或粘土）封住瓶口，對其中一支吸管吹氣，增加瓶內的氣壓，水就會從另一支吸管中跑出來。
• 結果：用手指封住吸管口（但不要封緊），在寶特瓶內使吸管上下快速運動，水就會噴出來。原因是往上移動吸管時，空氣不易流入管內；往下移動吸管時，水容易擠入管內；因此運動數次後，水就會從管口噴出。
• 結果：把氣球棒斜放在水盆內，手握住氣球棒底部並左右搖晃數次，水就會噴出。原因是管口的氣壓降低，於是水就被吸上來了。

教學目標

• 各年齡與教育程度皆適用
  1. 知識上：認識氣壓與水壓的關係，發現水的童玩。
  2. 技能上：能利用氣壓與水壓將水移動。
  3. 情意上：喜歡各民族的童玩，喜歡做科學實驗。

應用

1. 在科學上：學習伯努利方程。
2. 在科技上：應用噴霧技術，化油器，熱水瓶給水，管道加壓等。
3. 在藝術上：噴水的展現方式，水舞。
4. 進階活動：對同一吸管，多人同時吹氣。

探究問題

為什麼在溫度不變的情況下，對瓶內吹氣，水就會從另一支吸管中跑出來？

Ans: 根據 PV=nRT ，溫度 T 固定，對瓶內吹氣會讓瓶內的分子數 n 變大，瓶內氣體的體積 V 就會變大(有點像吹氣球)，將水擠出瓶內。

如何讓水從低處往高處移動？

Ans: 增加低處的壓力，或減少高處的壓力。

白努力定律是什麼？

Ans: 流體在溫度固定時，流速越快，垂直於流速方向的壓力就會越小。

使水往高處運動在生活中有什麼應用？

Ans: 幫浦，將水由低往高處抽。

參考資料

學習單-玩水