吹风机反重力实验

让球在无形的气流中悬浮

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核心概念
重力
气压
流体动力学
 
简介
飞行是令人兴奋的。你是否曾经制作纸飞机看它们翱翔,或者惊叹于热气球在空中漂浮?有许多方法可以使物体保持在空中。飞机通过加速到高速来利用升力;热气球加热空气,使其“漂浮”在周围空气之上。在这个活动中,你将探索一种不同的使物体保持在空中的方式——并同时了解重力。
 
背景
让物体飞行是一项了不起的壮举。通过这个活动,你将探索气流的推力和重力的拉力之间的平衡。当你试图将球从气流中拉出时,你会感觉到一股力量将其拉回。你还可以感觉到气流正在被球偏转。这些都是理解飞机产生升力的其中一种力量的线索。
 
材料

  • 吹风机(具有“冷风”设置的吹风机将对这个活动有帮助,但不是必需的。)

  • 乒乓球

  • 一张薄纸

  • 成年帮手

  准备


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  • 注意安全并节省能源;如果可能,将吹风机设置为“冷风”。

  • 让成年人帮助你使用吹风机;帮手也可以在您操作球时握住吹风机。

  步骤

  • 将一股气流向上吹,小心地将球平衡在气流上方。放开它,移开你的手。球发生了什么?你认为球为什么能够那样做?

  • 慢慢地将球从气流中拉出。当球离开气流时会发生什么?

  • 当你拉动球,并且球一半在气流中一半在气流外时暂停。你在球上感觉到什么?球感觉像是被拉回去了吗?

  • 松开球。现在会发生什么?

  • 用一只手将球再次部分拉出气流。用另一只手悬挂一张纸巾,并在球上方寻找气流。纸巾会发生什么?它会移动吗?当你移动球时,纸巾会如何反应?

  • 尝试将气流倾斜到一侧。球还能以一定角度悬浮吗?

  • 为了使球飞得更高,将吹风机和球移向墙壁(尝试房间的角落),并注意悬浮球的高度大大增加。你认为那是什么原因?

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观察和结果
当球悬浮在气流中时,向上流动的空气撞击球的底部并减速,从而产生一个较高的压力区域。球底下的高压空气区域使球抵挡住重力的拉力。
 
当你将球部分拉出气流时,空气会沿着靠近气流中心的球的曲线流动。空气以弧形绕过球的顶部,然后继续在球上方向外扩散。
 
这种向外流动的空气会对球施加向内的力,就像直升机下方的向下气流对直升机的叶片施加向上的力一样。此解释基于牛顿的动作和反作用定律。
 
当你用平衡的球靠近墙壁时,球下方的高压区域会变成压力更高的区域。撞击球底部的空气不再能朝墙壁方向向外扩散。较高的压力将球推到更高的高度。
 
更多探索升力,来自 Aviation for Kids
直升机如何飞行?,来自 Decode Science
风管(pdf),来自探索馆
伯努利悬浮器,来自探索馆
 
吹风机反重力实验由探索馆开发,并在探索实验室的第62页中。由探索馆创建,《探索实验室:探索你周围令人惊叹的科学的150种方法》是一本书,它带领好奇的孩子科学家(年龄在8至12岁之间)进行24小时的家庭调查、实验和发现。  

此活动与探索馆合作推出

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