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

伯努利平衡

为什么球会悬浮在气柱里,就算倾斜了也不会掉下来呢?

关键概念

  • air pressure icon
    气压
  • Bernoulli Principal icon
    伯努利定律
  • Fluid dynamics icon
    流体动力学

  • 介绍

    您有否听过「陷入滑流」这个说法?它是指某物或某人被外部力量困在特定位置的状况。在今天的实验中,当我们探究著名的伯努利定律时,您会亲身体会这句话的意思。这也是飞机能够在高空中保持飞行、鸟儿可以翱翔的原因。在本周的活动里,看看您能否应付这压力吧!

  • 背景

    Daniel Bernoulli 是瑞士科学家和数学家,他记录了18世纪重要的科学原理。他在流体动力学方面的工作特别有兴趣,由此更发现了伯努利定律:Bernoulli发现流速增加时,压力就会降低。 1752年,有个名叫Leonhard Euler的人,发现了Bernoulli的方程。由于Bernoulli的发现,影响了关键技术,包括汽车化油器以至飞机机翼,永远改变了我们的世界。

  • 准备工作

    1. 在大人帮助下,把吹风机接上电源,以便在实验里使用
  • 步骤

    1. 猜猜看:当您打开吹风机,然后把球放在气流上,会发生什么事呢?如果您把顶着球的气流倾斜的话,又会发生什么事呢?
    2. 首先把吹风机位置调校好,当您开动吹风机时,它的气流是向上的。
    3. 打开吹风机,气流向上吹,把球放在气流上,然后放开手。
    4. 转换吹风机的方向,使球悬浮在一个角度,而非直上直下的。您可以把吹风机转到哪个斜度,仍然能把球悬浮在气流上呢?
  • 观察与结果

    您应该能够把吹风机转到很斜的角度,乒乓球才会跌出气柱以外,因为实际上是周围的气压把球稳住在气柱内。伯努利定律告诉我们,移动的流体(如气体或液体)比不动的流体,压力更低。打开吹风机时,您就制造了一条流动的气柱,气柱的压力比周围的空气都低,所以每当球要从气柱里跌出来的时候,周围的高压空气会把它推回到气柱内;即使气柱不是垂直把球托起,而是倾斜着,甚至斜度很大,这种情况依然会发生。

    伯努利定律也可以解释为什么开动花洒淋浴的时候,浴帘总会飘进淋浴间里去。流动的水和空气会形成低压区,淋浴间外的高压空气会一直往低压区推进,空气会带同浴帘一起推进,于是开动花洒时,就造成浴帘一直往淋浴间推移的现象了。

  • 清理

    完成实验后,记得要清理干净。把吹风机和乒乓球放回原来的地方。

  • 更多探索

    您可以利用美术纸和胶带,制作与短片内所见的一样的乒乓球发射器。

    所有流体(包括液体和气体)都依循伯努利定律。要透过液体观察伯努利定律,可把两块麦片(例如Cheerios)放进一碗水里,两者相距两英寸;然后在它们中间轻轻把水倒进去,由于移动的水会造成低压区,所以两块麦片就会互相靠近了。

    您也可以尝试将两个气球用绳子绑住,相距数英寸,然后在中间吹气,气球会像麦片一样朝着彼此靠近。

  • 安全第一与成年人监督

    • 请小心按照实验说明进行操作。
    • 每个实验应有负责监护的成年人协助。
    • 尽管在家里进行科学实验是令人兴奋的学习和实践科学的方法,但必须注意,有些实验可能要求参与者采取额外的安全措施,以及/或者会把地方弄得脏乱。
    • 成年人应负责或协助处理可能有危险的材料或尖锐物品。
    • 在进行实验前,成年人应检视实验内容,并决定学童的年龄是否适合参与该些活动。