針筒幫浦
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。
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。
名次 | 一 | 二 | 三 | 四 | 五 | 六 | |
隊數 | 名次 | 名次 | 名次 | 名次 | 名次 | 名次 | |
名次 | 名次 | 名次 | 名次 | 名次 | 名次 | 名次 |