玩水
原始設計者:謝迺岳
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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
- 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。
- 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
- 知識上:認識氣壓與水壓的關係,發現水的童玩。
- 技能上:能利用氣壓與水壓將水移動。
- 情意上:喜歡各民族的童玩,喜歡做科學實驗。
應用
- 在科學上:學習伯努利方程。
- 在科技上:應用噴霧技術,化油器,熱水瓶給水,管道加壓等。
- 在藝術上:噴水的展現方式,水舞。
- 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。