關鍵概念
空氣動力學
飛機
力
阻力
物理學
引言
你有沒有想過是什麼讓紙飛機飛起來的?有些紙飛機顯然比其他飛機飛得更好。但這是為什麼呢?一個因素是用於製作飛機的設計型別。在這個活動中,你將製作一個紙飛機並改變其基本設計,看看這如何影響其飛行。這個活動中有很多有趣的科學知識,例如力如何作用於飛機使其飛行。準備好開始摺疊吧!
背景
讓紙飛機飛行的力與作用於真飛機的力相同。力是對某物體的推或拉。當你把紙飛機扔到空中時,你是在給飛機一個向前的推力。這種推力是一種叫做推力的力。當飛機向前飛行時,流過機翼上方和下方的空氣為飛機提供了一個向上的升力。與此同時,向後推飛機的空氣會減慢其速度,產生阻力。紙飛機的重量也會影響其飛行,因為重力將其向下拉向地球。所有這些力(推力、升力、阻力和重力)都會影響給定紙飛機的飛行距離。在這個活動中,你將增加紙飛機所受到的阻力,看看這是否會改變飛機的飛行距離。
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材料清單
• 一張紙
• 尺子
• 剪刀
• 用於放飛紙飛機的寬敞開放區域,例如長走廊、學校體育館或籃球場。如果您在室外放飛紙飛機,例如在田野裡,請儘量在無風時進行。
• 用於製作至少一英尺長線的物品,例如長繩子、另一把尺子、美紋紙膠帶、石頭或棍子。
• 回形針(可選)
準備工作
• 製作一個標準的“飛鏢”式紙飛機(有關說明,請訪問 Amazing Paper Airplanes 網頁)。
• 將紙張摺疊成基本的飛鏢式紙飛機。小心折疊,並使摺痕儘可能鋒利,例如沿著每個摺痕滑動指甲或尺子以壓平它。不要向上彎曲機翼的後緣(線上摺疊說明的步驟 6)。
• 到達一個寬敞的開放區域,並使用繩子、尺子、美紋紙膠帶、石頭或棍子,在你面前製作一條至少一英尺長的線,從左到右延伸。這將是你放飛紙飛機的起始線。
操作步驟
• 將你的腳趾放在你準備的線上,然後扔出紙飛機。它飛得很遠嗎?
• 至少再扔四次飛機。每次扔飛機之前,確保它仍然處於良好狀態(摺痕和尖角仍然鋒利)。當你投擲它時,將你的腳趾放在線上,並嘗試用相似的力道發射飛機,包括在同一位置握住它。每次飛行的距離都差不多嗎?
• 一旦你對你的飛機通常飛行多遠有了大致的瞭解,就改變飛機的形狀以增加它所受到的阻力。要做到這一點,在每個機翼與中間脊線相交的地方剪開約一英寸長的縫隙。向上摺疊兩個機翼上的切開部分,使每個機翼的末端現在都有一個一英寸寬的部分向上摺疊,與機翼的其餘部分成大約 90 度角。
• 像之前一樣,至少再扔五次你修改後的紙飛機。現在紙飛機比以前飛得遠嗎?你認為這是為什麼,這與阻力有什麼關係?
• 額外嘗試:製作不同尺寸的紙飛機,並比較它們的飛行效果。更大的飛機飛得更遠嗎?
• 額外嘗試:嘗試用不同型別的紙張製作紙飛機,例如列印紙、手工紙和報紙。每種紙張都使用相同的設計。是否有一種型別的紙張似乎最適合製作紙飛機?是否有一種型別的效果最差?
• 額外嘗試:有些人喜歡在紙飛機上添加回形針,以使其飛得更好。嘗試在紙飛機的不同部位(例如前部、後部、中部或機翼)新增一個(或多個)回形針,然後放飛它。這如何影響飛機的飛行?在某個位置添加回形針會使它的飛行更好還是更差? 觀察與結果
原始飛機飛得最遠嗎?阻力增加的飛機飛行的距離短得多嗎?
當紙飛機在空氣中移動時,空氣會推擠飛機,使其減速。這種力稱為阻力。為了理解阻力,想象一下你在一輛行駛的汽車裡,把手伸出窗外。當你向前移動時,空氣推回你的手的力就是阻力,有時也稱為空氣阻力。在這個活動中,你透過在兩個機翼上製作一英寸高的垂直條來增加作用在紙飛機上的阻力。例如,這就是當你在行駛的汽車中將手伸出窗外並將手的位置從水平變為垂直時發生的情況。當你的手垂直伸出時,它會捕獲更多的空氣,並比水平時受到更大的阻力。你可能會感覺到這一點,因為當汽車向前移動時,你的手會被更強烈地向後推。這就是修改後的飛機發生的情況——它受到了更大的阻力,這比原始飛機更能向後推它。這個實驗清楚地表明,改變作用在紙飛機上的一個力就可以顯著改變它的飛行效果。
清理
當你完成實驗後,回收紙飛機。
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飛行中的力——阻力,來自富蘭克林研究所
它能飛多遠?製作和測試各種紙飛機,來自 Science Buddies
本活動由以下機構合作推出: Science Buddies