主要概念
能量
力量
力
機械
介紹
你有沒有騎腳踏車逆風而行過？ 如果有，你是否覺得非常吃力？ 這與順風時感覺如何相比？ 那會讓你感覺準備好參加環法腳踏車賽了嗎？ 在這項科學活動中，你將探索風力驅動裝置，例如風力渦輪機和風車，如何以不同的方式對風向做出反應。
背景
風力渦輪機是將風中的能量轉化為機械能或電能的機器。 風車是將風能轉化為機械能的風力渦輪機的例子。 荷蘭是一個以風車聞名的國家，幾個世紀以來，風車一直被用於磨玉米、排水和伐木。 另一方面，風力發電場是將風能轉化為電能的風力渦輪機的例子。 在加利福尼亞州，你可以看到沿著多風的山脊和山口排列的風力渦輪機。 這些風力發電場上的風力渦輪機直接連線到電網，併產生該州總用電量的 5%。
風力渦輪機有一個帶有葉片的轉子，該轉子連線到軸。 當風能衝擊葉片時，轉子轉動，從而帶動軸也轉動。 當軸轉動時，它能夠做功併產生機械能或電能。 衝擊葉片的風越大，轉子轉動的越多，風力渦輪機產生的能量也越多。
材料
風車（如果你沒有風車，你可以用一張紙、一支鉛筆或鋼筆、一根圓形木製烤肉串籤和剪刀自制一個——見下面的步驟。）
吹風機（可選）
準備
關於支援科學新聞報道
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如果你沒有風車，請立即按照以下步驟製作一個。
裁剪一張紙，使其成為正方形（8.5 英寸 x 8.5 英寸是理想尺寸）。
沿著對角線摺疊正方形紙張，然後將其展開回正方形。 沿另一條對角線摺疊它，然後再次展開。 你的紙張現在看起來應該像一個正方形，摺痕形成一個大的“X”。
在距離中心約兩英寸的位置，沿著每條摺痕，用鋼筆或鉛筆做一個小標記。
小心地用烤肉串簽在每個摺痕的右側、靠近正方形角的位置打四個孔（更多詳情請參見圖 3 中所示的圖案），並在紙張中心打一個孔。
從正方形的每個角開始，沿著摺痕向下切割，直到到達你做的標記處。
最後，拿起每個角上的孔，然後將它們一個接一個地摺疊到烤肉串簽上，使它們全部疊在一起。 你現在應該有一個功能齊全的自制風車了！
步驟
如果你願意，你可以使用吹風機吹葉片，而不是自己吹。 如果你這樣做，請將吹風機調至低檔，並確保每次吹葉片時，吹風機與葉片的距離大致相同。
面對你的風車的正面並直接對著它吹氣。 想象一下，風車是一臺風力渦輪機，當它朝這個方向旋轉時，它正在將風的能量轉化為電能。葉片朝哪個方向旋轉，順時針還是逆時針？ 它們轉得多快？
轉動風車，使其正面現在指向你的右側。 你現在應該面對先前位於你左側的葉片的側面。 吹葉片的上半部分，即穿過葉片的軸的上方。 嘗試像之前一樣（用相似的力和距離）吹氣。葉片朝哪個方向旋轉，順時針還是逆時針？ 它們轉得多快？ 與吹風車正面相比如何？
仍然面對葉片的這一側，吹葉片的下半部分，即軸的下方。 嘗試以與之前類似的方式吹氣。現在葉片朝哪個方向旋轉，旋轉速度如何？ 這與從其他方向吹風車相比如何？
現在轉動風車，使其正面指向你的左側，你正對著葉片的另一側。 吹葉片的上半部分，類似於你之前吹它們的方式。 然後吹葉片的下半部分。每次葉片朝哪個方向旋轉，旋轉速度如何？
總的來說，風 hitting 風車的方向如何影響葉片的旋轉方式？ 如果風車是一臺風力渦輪機，並且吹風車的正面產生電能，那麼它應該從哪個方向接收風才能有效地產生電能？
額外內容：嘗試用幾個不同的風車重複此活動。你對每個風車都得到相同的結果嗎？
額外內容：如果你想要一項更具挑戰性的活動，你可以嘗試量化風車從一個方向吹來時與從另一個方向吹來時產生的功率。 為此，你需要將風車葉片連線到固定的軸（例如，木製烤肉串籤），以便當它們被吹動時旋轉軸。 透過將軸穿過紙板燕麥片罐或類似物體來支撐軸。 在軸的另一端，用細線繫上一小塊重物（例如，回形針）。 當風車被吹動並且軸轉動時，它應該拉起重物。 有關如何建立此設定的更多詳細資訊，請參閱“更多探索”部分中的“科學夥伴”專案構想。你認為你的風車可以產生多少機械功率？
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觀察和結果
當你直接對著風車的正面吹氣時，它是否逆時針旋轉？ 當你吹入它的“杯狀”葉片時，它是否旋轉得最好？
大多數風車的葉片排列方式使得當風直接吹向它們時，它們會逆時針旋轉。 這是因為葉片的“杯狀”結構的設計使得迎面而來的空氣被捕獲並朝這個方向推動葉片。（你可以嘗試檢視幾個不同的風車，看看它們之間是否共享這種模式。）當風吹入杯狀葉片時，風車旋轉良好。 因此，如果你使用的是典型的風車，請將其轉動，使正面朝向你的右側，然後吹入葉片的側面。 如果你吹下半部分（進入杯狀葉片），葉片將快速逆時針旋轉，但如果你吹上半部分（對著杯狀葉片的背面），葉片將緩慢順時針旋轉。 同樣，如果風車的正面朝向你的左側，並且你吹入葉片的側面，如果你吹上半部分（進入杯狀葉片），它們將快速逆時針旋轉，但如果你吹下半部分（對著杯狀葉片的背面），它們將緩慢順時針旋轉。 如果你的風車是一臺風力渦輪機，並且逆時針旋轉將風能轉化為電能，那麼當風直接吹入杯狀葉片時，它將最有效地產生電力。
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