吹風機反重力實驗

讓球在無形的氣流中懸浮

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核心概念
重力
氣壓
流體動力學
 
簡介
飛行是令人興奮的。你是否曾經制作紙飛機看它們翱翔,或者驚歎於熱氣球在空中漂浮?有許多方法可以使物體保持在空中。飛機透過加速到高速來利用升力;熱氣球加熱空氣,使其“漂浮”在周圍空氣之上。在這個活動中,你將探索一種不同的使物體保持在空中的方式——並同時瞭解重力。
 
背景
讓物體飛行是一項了不起的壯舉。透過這個活動,你將探索氣流的推力和重力的拉力之間的平衡。當你試圖將球從氣流中拉出時,你會感覺到一股力量將其拉回。你還可以感覺到氣流正在被球偏轉。這些都是理解飛機產生升力的其中一種力量的線索。
 
材料

  • 吹風機(具有“冷風”設定的吹風機將對這個活動有幫助,但不是必需的。)

  • 乒乓球

  • 一張薄紙

  • 成年幫手

  準備


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  • 注意安全並節省能源;如果可能,將吹風機設定為“冷風”。

  • 讓成年人幫助你使用吹風機;幫手也可以在您操作球時握住吹風機。

  步驟

  • 將一股氣流向上吹,小心地將球平衡在氣流上方。放開它,移開你的手。球發生了什麼?你認為球為什麼能夠那樣做?

  • 慢慢地將球從氣流中拉出。當球離開氣流時會發生什麼?

  • 當你拉動球,並且球一半在氣流中一半在氣流外時暫停。你在球上感覺到什麼?球感覺像是被拉回去了嗎?

  • 鬆開球。現在會發生什麼?

  • 用一隻手將球再次部分拉出氣流。用另一隻手懸掛一張紙巾,並在球上方尋找氣流。紙巾會發生什麼?它會移動嗎?當你移動球時,紙巾會如何反應?

  • 嘗試將氣流傾斜到一側。球還能以一定角度懸浮嗎?

  • 為了使球飛得更高,將吹風機和球移向牆壁(嘗試房間的角落),並注意懸浮球的高度大大增加。你認為那是什麼原因?

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觀察和結果
當球懸浮在氣流中時,向上流動的空氣撞擊球的底部並減速,從而產生一個較高的壓力區域。球底下的高壓空氣區域使球抵擋住重力的拉力。
 
當你將球部分拉出氣流時,空氣會沿著靠近氣流中心的球的曲線流動。空氣以弧形繞過球的頂部,然後繼續在球上方向外擴散。
 
這種向外流動的空氣會對球施加向內的力,就像直升機下方的向下氣流對直升機的葉片施加向上的力一樣。此解釋基於牛頓的動作和反作用定律。
 
當你用平衡的球靠近牆壁時,球下方的高壓區域會變成壓力更高的區域。撞擊球底部的空氣不再能朝牆壁方向向外擴散。較高的壓力將球推到更高的高度。
 
更多探索升力,來自 Aviation for Kids
直升機如何飛行?,來自 Decode Science
風管(pdf),來自探索館
伯努利懸浮器,來自探索館
 
吹風機反重力實驗由探索館開發,並在探索實驗室的第62頁中。由探索館建立,《探索實驗室:探索你周圍令人驚歎的科學的150種方法》是一本書,它帶領好奇的孩子科學家(年齡在8至12歲之間)進行24小時的家庭調查、實驗和發現。  

此活動與探索館合作推出

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