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3M Science at Home: 3M’s SVP of Corporate Affairs, Denise Rutherford explains the Bernoulli principle

伯努利平行

為甚麼球會懸浮在氣柱裡,就算傾斜了也不會掉下來呢?

核心概念

  • air pressure icon
    氣壓
  • Bernoulli Principal icon
    白努利定律
  • Fluid dynamics icon
    流體動力學

  • 簡介

    您有否聽過「陷入滑流」這個說法?它是指某物或某人被外部力量困在特定位置的狀況。在今天的實驗中,當我們探究著名的白努利定律時,您會親身體會這句話的意思。這也是飛機能夠在高空中保持飛行、鳥兒可以翱翔的原因。在本週的活動裡,看看您能否應付這壓力吧!

  • 背景

    Daniel Bernoulli 是瑞士科學家和數學家,他記錄了18世紀重要的科學原理。他在流體動力學方面的工作特別有興趣,由此更發現了伯努利定律:Bernoulli發現流速增加時,壓力就會降低。1752年,有個名叫Leonhard Euler的人,發現了Bernoulli的方程。由於Bernoulli的發現,影響了關鍵技術,包括汽車化油器以至飛機機翼,永遠改變了我們的世界。

  • 預備

    1. 請成年人協助把風筒接上電源,以便在實驗裡使用
  • 步驟

    1. 試猜猜:當您打開風筒,然後把球放在氣流上,會發生甚麼事呢?如果您把頂着球的氣流傾斜的話,又會發生甚麼事呢?
    2. 首先把風筒位置調校好,當您開動風筒時,它的氣流是向上的。
    3. 打開風筒,氣流向上吹,把球放在氣流上,然後放開手。
    4. 轉換風筒的方向,使球懸浮在一個角度,而非直上直下的。您可以把風筒轉到哪個斜度,仍然能把球懸浮在氣流上呢?
  • 觀察與結果

    您應該能夠把風筒轉到很斜的角度,乒乓球才會跌出氣柱以外,因為實際上是周圍的氣壓把球穩住在氣柱內。白努利定律告訴我們,移動的流體(如氣體或液體)比不動的流體,壓力更低。打開風筒時,您就製造了一條流動的氣柱,氣柱的壓力比周圍的空氣都低,所以每當球要從氣柱裡跌出來的時候,周圍的高壓空氣會把它推回到氣柱內;即使氣柱不是垂直把球托起,而是傾斜着,甚至斜度很大,這種情況依然會發生。

    白努利定律也可以解釋為甚麼開動花灑淋浴的時候,浴簾總會飄進淋浴間裡去。流動的水和空氣會形成低壓區,淋浴間外的高壓空氣會一直往低壓區推進,空氣會帶同浴簾一起推進,於是開動花灑時,就造成浴簾一直往淋浴間推移的現象了。

  • 清理

    完成實驗後,記得要清理乾淨。把風筒和乒乓球放回原來的地方。

  • 探索更多

    您可以利用美術紙和膠帶,製作與短片內所見的一樣的乒乓球發射器。

    所有流體(包括液體和氣體)都依循白努利定律。要透過液體觀察白努利定律,可把兩塊麥片(例如Cheerios)放進一碗水裡,兩者相距兩英寸;然後在它們中間輕輕把水倒進去,由於移動的水會造成低壓區,所以兩塊麥片就會互相靠近了。

    您也可以嘗試將兩個氣球用繩子綁住,相距數英寸,然後在中間吹氣,氣球會像麥片一樣朝着彼此靠近。

  • 安全第一與成人監督

    • 請小心按照實驗說明進行操作。
    • 每個實驗應有負責監護的成年人協助。
    • 儘管在家裡進行科學實驗是令人興奮的學習和實踐科學的方法,但必須注意,有些實驗可能要求參與者採取額外的安全措施,以及/或者會把地方弄得髒亂。
    • 成年人應負責或協助處理可能有危險的材料或尖銳物品。
    • 在進行實驗前,成年人應檢視實驗內容,並決定學童的年齡是否適合參與該些活動。