2013年1月11日

科學玩具-壓力-自製晴雨計(第一代)


這一篇文章在去年9月就貼出來了,不過謝老師建議在競賽結果尚未揭曉之前,暫時隱藏比較好,等到受到肯定時,再來宣示主權也不遲,所以隱藏至今。這一項自行研發的教具在去年底參賽(第一屆翰林盃自然創新實驗徵選,詳見網址:http://www.worldone.com.tw/new_detail.do?ncId=1&newsId=10809),於今年初獲得第二名。其實它已經有第二代了哦,相信會有第三代,難道它會無性生殖嗎?不不不,可沒那麼簡單,其實需要的是想法不斷在腦中翻新的過程。

我在2010121~22日在跨縣市創意社群的「科學創意教材教具製作」台東研習時和參加學員分享這項教具,當時第二代就已經問世,具備的演示功能更有五種以上。如果各位科學教育的夥伴覺得這個點子不錯,課堂上也能幫助你,希望不吝給予建議指教。使用時請著明出處及作者哦(智慧財產權),且勿移做其他用途(參賽、商業、投稿等)。 
文字加註於2010年01月26
不要小看它,一個裝有碳酸飲料的寶特瓶也能搖身一變變成課堂中實用的教具,對於理科和地科老師都是不錯的演示素材(老王賣瓜中)。下次看到的時候,別急著把它踩扁哦。要準備的材料很簡單,一支透明的可彎吸管和寶特瓶就可以做出晴雨計了,怎麼做?繼續看下去~
首先在接近瓶底的瓶身上鑽個洞,可以用美工刀割開,也可以用鑿冰錐穿刺,更可以利用銲槍直接燒熔出一個洞來,洞的大小要和吸管的口徑契合,所以只要拿捏得當,後續的處理就會比較輕鬆。
將透明的可彎吸管插入瓶子裡,不易太過深入,至少要讓彎曲的地方在瓶外。接下來,就要拿出熱熔膠槍和膠條,做最後的黏接工作。如果想讓熱熔膠緊緊地咬住瓶身,建議用砂紙稍微磨一下瓶身,磨出細紋,讓熱熔膠可以「咬」進去,熱熔膠有了著力點,自然可以緊密結合不至於漏氣。
這是另外一種形式的瓶子,方形瓶身,瓶口較大
合不合適呢?自己做一個玩玩看就知道

一樣是在垂直於地面的瓶身處鑽洞,鑽好之後,插入吸管黏合
將吸管彎曲與瓶身平行(或與地面垂直)即可

全部組裝完畢之後,就是要來測試氣密性和會不會漏水。只要瓶內裝水時,在接縫的地方沒有水滴滲出,那就大功告成了。為了觀察方便,總是要在透明的水中加入顏色,目的是方便觀察,而我這次是用綠色的食用色素來染色。
測試第一組作品,太成功了!
兩邊水位馬上有明顯的差異,可以知道外界壓力較高

一開始先鬆開瓶蓋,讓瓶內外壓力一致,就可以發現瓶內水位和吸管內的水位一樣高,其實這是簡易的連通管原理應用。加入可彎吸管的目的還有一個,就是當吸管恣意傾斜、旋轉時,管內的水位依然保持不變呢!
當天氣晴朗,或外界溫度偏低時,大氣壓力就會比平常高,也就是平均每一平方公分上垂直作用力就會變大,這時就會將液體往瓶內壓進去,形成外低內高的狀態,這時是高氣壓;但若是雲層變多、天色晦暗之際,再觀察晴雨計時,就會呈現出外高內低的液面差異,也就是低氣壓。

還有許多玩法!當手去碰觸上半部瓶身時,會將手部的熱量藉由傳導的方式傳至瓶內,瓶內空氣受熱膨脹,空氣分子動能增加,使得內部壓力升高,便會將液體擠出瓶外,形成液面內低外高的狀況。簡直是自製的愛情溫度計嘛!

若是將整組裝置放到冰箱冷凍庫中,就能觀察到瓶內空氣遇冷收縮,使得壓力變小,吸管內的液面一直下降,降到最後還能讓外界冷空氣一直往瓶內鑽,形成有趣的水中冒泡現象。

上面這兩組晴雨計98/09/20科學論壇中均交給謝老師,響應教育部的88專案計畫,希望能造福更多的災區子弟和教師。不過在「交貨」前夕,卻又發生了一件跟「水」有關的慘案。話說當天中午聚餐前,出門時先將這兩組教具放在車內中央扶手,然後再轉身進門整理其他東西,回到車上後卻發現車內怎麼發生水患了?原來是車輛在大太陽下曝曬,使得車內溫度升高,瓶內氣體壓力一增,便形成自流井了~下次要記得把瓶蓋鬆開,別再那麼瞎了!

但畢竟這是一個簡易的手工教具,要考慮的影響因素還有很多,如果能一體成形會更棒。

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