關鍵概念
物理學
液體
幾何學
工程學
引言
你能想到不用電就能讓水往上流的方法嗎？古希臘人發現瞭如何做到這一點！他們發明了一種名為阿基米德螺桿的裝置，用於將水從一個地方輸送到另一個地方。這種工具非常有用，至今仍被廣泛使用。在這個活動中，你將用簡單的材料製作自己的手動阿基米德螺桿。
背景
敘拉古的阿基米德出生於公元前3世紀。他喜歡解決問題，是當時最重要的發明家之一。國王要求阿基米德建造儘可能大的船。這艘船被證明會漏水，阿基米德不得不發明一種裝置來排水。因此，他設計了我們現在所說的阿基米德螺桿。它非常有效，因為它排除了水，而且只需要一個人操作。阿基米德螺桿很快也被用於將低窪地區的水輸送到灌溉溝渠。這種設計非常有效，至今仍在使用。例如，它被用於在水處理廠提升廢水，甚至在一些遊樂園的遊樂設施中提升水。這是一種永不過時的工具。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞事業： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
阿基米德螺桿是一種容積式泵。容積式泵從源頭捕獲流體，然後迫使流體移動到排放位置。阿基米德螺桿由一個空心圓筒和一個螺旋部件組成（螺旋部件可以在內部，但在這裡您將其放在圓筒外部）。一端放置在低窪的流體源中，另一端向上傾斜到較高的排放區域。要移動水，您只需旋轉螺桿。當螺桿移動時，它將少量水舀入第一個口袋。在螺桿的下一次轉動中，第一個口袋中的水移動到第二個口袋，並且新的舀水進入第一個口袋。這種運動持續下去，最終第一舀水從另一端出來。
有很多因素決定了阿基米德螺桿的工作效果，例如長度、角度、半徑等等。在這個專案中，您將構建並演示您自己的阿基米德螺桿。可選地，您甚至可以嘗試更改螺桿設計，以找出如何使其更快地提水！
材料
PVC管（直徑至少1英寸，長度至少1英尺）
透明乙烯基管（直徑至少1/4英寸，長度至少2英尺；這些材料在許多五金店都可以找到）
強力膠帶
剪刀
兩個裝水容器
兩個用於抬高其中一個容器的物品，例如小盒子或額外的容器
可以容忍溢位的工作空間
一位成人助手
用於清理溢位物的布毛巾（可選）
食用色素（可選）
不同直徑和長度的PVC管（可選）
不同直徑的乙烯基管（可選）
準備工作
用強力膠帶將乙烯基管的一端連線到PVC管的一端。確保管子的開口是開啟的（並且沒有被膠帶堵住）。
將管子以螺旋形緊緊纏繞在管道上。
用強力膠帶將管子連線到管道的另一端，再次注意不要堵塞管子的開口。
讓成人幫忙用剪刀剪掉多餘的管子。
如有必要，使用額外的強力膠帶將管子沿管道長度均勻間隔開。
步驟
在一個容器中裝滿水。可選地，您可以新增食用色素，使水在管子中時更容易看到。
抬高第二個（空）容器，使其高於第一個容器。
將阿基米德螺桿的一端放入較低的裝水容器中，並將另一端對準上方的容器。
旋轉螺桿，使管子的底部末端在每次旋轉時“舀起”水。它應該在每次旋轉時都進入水下，然後再回到水面之上，而不是一直完全浸沒在水中。如果在旋轉幾次後沒有看到管子開始注水，則可能是螺桿的旋轉方向錯誤。當您從側面觀察螺桿時，您看到了什麼？水是如何分佈在管子中的？
繼續旋轉螺桿，觀看水向上移動到更高的容器中！
嘗試使用阿基米德螺桿的不同方法。你能把水提升多高？抬高上部容器，並將螺桿向上傾斜到更陡峭的角度。您是否達到水開始向下流回管子而不是向上流動的程度？
附加：嘗試阿基米德螺桿的不同設計。如果您更改管子螺旋的間距，使各個圈更靠近或更遠會發生什麼？如果您更改PVC管或管子的直徑會怎樣？
觀察與結果
阿基米德螺桿如何設法將水向上移動？當您將管子彎曲成螺旋形時，它會形成單獨的口袋，水可以被困在其中，因為管子兩側都向上彎曲。如果您從側面觀察螺桿，您會看到這些口袋裡裝滿了水。當您旋轉螺桿時，它會捕獲空氣和水交替的口袋，並且各個口袋向上移動到螺桿的上部容器。如果您將螺桿向上傾斜的角度太陡，最終每個口袋的一側將指向下方，從而使水向下流回。如果您將管道垂直豎立起來，則最容易看到這一點——請注意，沒有地方可以讓水“被困住”而不向下流動。
更多探索 用阿基米德螺桿泵抽水，來自科學夥伴
阿基米德，來自著名科學家
行走的水，來自大眾科學 用槓桿舉起重物，來自大眾科學 兒童STEM活動，來自科學夥伴
本活動由科學夥伴合作推出
