PDF《科别：物理科》

科别:物理科 组别:高中组 作品名称:My God! 水也有吸星大法!? 关键词:临界流速、净力 编号:040114 学校名称: 台北市立第一女子高级中学 作者姓名: 许芷玮、蔡淳宇、林珍岑、刘以旋 指导老师: 陈文盛、黄光照 摘要 置蛋於杯中,水龙头下冲,流速过启动,蛋向水面冲 「将蛋放入一盛满水的杯子,并拿到水龙头下冲,当水开得够大时,蛋会上浮出水 面,就像被水柱吸起来似的……」我们由「物理马戏团 1」书中得知此现象后,深感兴 趣,将其命名曰「水的吸星大法」 ,并就启动流速之变因,运动过程之力的消长,及产生 此运动之原因做深入研究及探讨;

欲知详情如何,请待下文分解…… 壹、研究动机 在翻阅「物理马戏团 1」时,看到了一个这个非常有趣且令人惊奇的小实验,我百 思不解:蛋上方有水柱往下压的力量,怎麽蛋反而会被「吸」上去呢?起身到厨房,开 冰箱拿颗蛋来玩玩看.

先是用很小的水冲,再开大一点、再大一点…真的起得来吗?猛 一将水转大,忽然、忽然蛋就从杯底随水泡摇摇摆摆地窜了上来,它在水面下挣扎地翻 了一滚,然后迎著水柱露出它白白的脸蛋儿!Cool!真的被吸起来了耶! 於是我们四人,便就此和「水的吸星大法」展开一场又一场的鏖战! 贰、研究目的

一、不同尺寸杯子的使蛋上升的最小流速各不相同.将探讨在此最小流速下,杯内流场 及蛋的受力情形.

二、不同尺寸的杯子、不同的流速使蛋上升的加速度皆不同,将探讨使蛋上升的未知力 F 净力及运动过程蛋的上下压力差因杯高及流速如何改变?

三、探讨使蛋上升的原因. 参、研究设备器材

一、透明压克力长筒杯

(一)一组直径同为 6cm,长度分别为

12、

16、20cm 的杯子

(二)一个增加高度用的投影片圈(2cm).

(三)一组同高度为 20cm,直径分别

6、

7、

8、

9、10cm 的杯子.

1 不同高度杯组以及投影片圈 使用投影片圈以增加杯高 不同宽度的杯组

二、流速测量

(一)电子流量计

(二)2L 量杯(校正用)

三、自动化实验系统(自制)

(一)小型抽水马达(30L/min)

(二)水管

(三)调节伐(调节马达进水量) 一个

四、流场观测

(一)雷射枪

(二)CCD

五、电子设备

(一)DV 拍摄实验过程加以分析

(二)软体 VideoStudio(会声会影) 撷取图片 自动化实验系统(自制):

2 电子流量计:单位 L/min (公升/每分) 接在系统上,与出水口维持等高 度,避免误差. 开关:启动电源,整个系统就能 自己启动.

3 肆、研究过程或方法 实验一:探讨流速与使蛋上浮的力之关系 固定杯子尺寸,在不同流速下进行实验,用DV(每秒30张)拍下整个蛋上升的过程. 实验二:探讨杯子高度与使蛋上浮的力之关系 以一组直径同为 6cm,不同高度的杯子,在相同流速下实验,拍下整个蛋上升的过程. 数:

一、慢速拨放 vcd,以微小秒数为间隔,撷取各单位距离变化,换算成各点的平均加速度, 求得各点的平均力. 杯中各点力ΔF 的变化: 每两点的距离代入 X-X0/t,算出平均速度,再把各点求出的 V 代入 V-V0/t,算出各点的平均 a,将各点所求出的 a,再代入 F=ma 公式(已知蛋质量 m=0.053Kg),F=各点的平均力.

二、测出蛋从底部上升至杯顶的过程中所需的秒数,换算成平均净力. 以蛋上升过程的平均加速度代入 S=Vot+1/2at2 (距离s=杯高h Vo 为0 t 为蛋从杯底上浮出水面的时间) 实验三:流场观察 以不同直径、高度杯子,打雷射,用CCD 拍摄观察流场.