2013年1月6日

科學玩具-流體力學-全靠一張嘴的白努力吹氣筒


別小看這個吊卡上的小玩具,這可是使用了白努力原理的吹氣筒玩具,不明白箇中奇妙的人可能走過去連正眼都不瞧一眼兒。很久很久以前,有用過小漏斗、透明風管和保麗龍球來製作的陽春型「灌籃高手」(名稱來自於蕭次融教授),現在則是有了不同的造型,而且球的位置安排得很巧妙。
三種不同的造型,有貓頭鷹、鱷魚和青蛙
承接保麗龍球的部分是漏斗狀,位置即為眼窩,遠遠地看也令人莞爾

買來的時候,不知道是人為刻意還是有所遺漏,原本擔任要角的兩顆白溜溜的眼珠子,不是少了一顆,變成了獨眼龍,不然就是兩顆都不見的全盲。保麗龍球上可以畫上彎月,看起來就笑咪咪的,即使擺著看,心情也會好起來。看到這裡時,心理突然閃出一個念頭:還好不是鼻孔那兩個洞~
擺上眼珠對照一下,有眼珠是笑咪咪的青蛙
沒有眼珠便是患有近視眼的青蛙,也就是四眼田雞
為何與白努力原理有關呢?將嘴巴湊上吹氣孔,用力吹氣時,擺放在眼窩漏斗內的保麗龍球順著氣流而起,但是球在高低起伏中,卻不會向外側偏移。這是因為向上的快速氣流流經保麗龍球時,被球體(障礙物)分為兩側,被分隔的氣流在球體(障礙物)上方又合而為一,氣流一旦流動速度快,對於物體表面的正向力作用就會減弱,形成的氣壓便會降低,周圍流速較慢的空氣氣壓相對地就會較高。當壓力差異形成時,在物體截面上便會產生一股向內壓的力量,所以球就會被限制在氣流中。
想要球高一點,當然是吹大力一點,讓氣流增快即可
但受到球的阻礙,流動中的氣體會沿著球表面流動,快速的氣流形成了相對低壓區

拿給小朋友玩,只教他用嘴巴吹,玩法就由他自創,隨便他怎麼玩都可以。但也因為沒有限制,所以除了正常的吹法(把球吹上去再落回原來的眼窩漏斗中),小朋友還因為我只給他一顆保麗龍球,反而練就了一套我完全沒想到的功夫-他竟然可以吹上去之後,立即閉氣讓氣流暫停,再稍微平移一下,用另外一邊的眼窩漏斗接住,實在是太神奇了。(原本想說基礎先打穩後再給兩顆,沒想到沒有污染及限制的創意真是驚人!)
一顆的難度比較低,只要穩穩地直上直下即可
兩顆球因為有球體間的氣流擾動因素,所以想落回原處是有難度的

眼窩漏斗的內徑和保力龍球差不多時,還真的不容易成功接住哩!看來我以後可以考慮不能給他完整的玩具,先看看他怎麼玩再說,也許會有跳脫制式思維的發散思考呢!
2008年物理教學及示範研討會的會場門口就擺了三個風扇及大氣球
宣示活動地點就在這裡的意味頗為濃厚,自然科教師一看就知道目的地已經到了
(照片中的Model為台東縣國教輔導團的林家弘老師

備註:準備乒乓球和吹風機就可以一個人玩,也可以傾斜,但如果有可以向上吹的電風扇,一定要拿海灘球來玩玩。只要是各大家電展售賣場有賣360度可調整風向的風扇,通常會做這種演示來吸引顧客的目光,我最近就看過西瓜(海灘球)在飄。

挑戰性問題(CQ):吹氣時使兩顆小球上浮,請問可以在空中交換位置,落入另外一邊的眼窩漏斗中嗎?
答案:別開玩笑了,這是違反流體力學滴

沒有留言:

張貼留言