关键概念
物理学
液体
几何学
工程学
引言
你能想到不用电就能让水往上流的方法吗？古希腊人发现了如何做到这一点！他们发明了一种名为阿基米德螺杆的装置，用于将水从一个地方输送到另一个地方。这种工具非常有用，至今仍被广泛使用。在这个活动中，你将用简单的材料制作自己的手动阿基米德螺杆。
背景
叙拉古的阿基米德出生于公元前3世纪。他喜欢解决问题，是当时最重要的发明家之一。国王要求阿基米德建造尽可能大的船。这艘船被证明会漏水，阿基米德不得不发明一种装置来排水。因此，他设计了我们现在所说的阿基米德螺杆。它非常有效，因为它排除了水，而且只需要一个人操作。阿基米德螺杆很快也被用于将低洼地区的水输送到灌溉沟渠。这种设计非常有效，至今仍在使用。例如，它被用于在水处理厂提升废水，甚至在一些游乐园的游乐设施中提升水。这是一种永不过时的工具。
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阿基米德螺杆是一种容积式泵。容积式泵从源头捕获流体，然后迫使流体移动到排放位置。阿基米德螺杆由一个空心圆筒和一个螺旋部件组成（螺旋部件可以在内部，但在这里您将其放在圆筒外部）。一端放置在低洼的流体源中，另一端向上倾斜到较高的排放区域。要移动水，您只需旋转螺杆。当螺杆移动时，它将少量水舀入第一个口袋。在螺杆的下一次转动中，第一个口袋中的水移动到第二个口袋，并且新的舀水进入第一个口袋。这种运动持续下去，最终第一舀水从另一端出来。
有很多因素决定了阿基米德螺杆的工作效果，例如长度、角度、半径等等。在这个项目中，您将构建并演示您自己的阿基米德螺杆。可选地，您甚至可以尝试更改螺杆设计，以找出如何使其更快地提水！
材料
PVC管（直径至少1英寸，长度至少1英尺）
透明乙烯基管（直径至少1/4英寸，长度至少2英尺；这些材料在许多五金店都可以找到）
强力胶带
剪刀
两个装水容器
两个用于抬高其中一个容器的物品，例如小盒子或额外的容器
可以容忍溢出的工作空间
一位成人助手
用于清理溢出物的布毛巾（可选）
食用色素（可选）
不同直径和长度的PVC管（可选）
不同直径的乙烯基管（可选）
准备工作
用强力胶带将乙烯基管的一端连接到PVC管的一端。确保管子的开口是打开的（并且没有被胶带堵住）。
将管子以螺旋形紧紧缠绕在管道上。
用强力胶带将管子连接到管道的另一端，再次注意不要堵塞管子的开口。
让成人帮忙用剪刀剪掉多余的管子。
如有必要，使用额外的强力胶带将管子沿管道长度均匀间隔开。
步骤
在一个容器中装满水。可选地，您可以添加食用色素，使水在管子中时更容易看到。
抬高第二个（空）容器，使其高于第一个容器。
将阿基米德螺杆的一端放入较低的装水容器中，并将另一端对准上方的容器。
旋转螺杆，使管子的底部末端在每次旋转时“舀起”水。它应该在每次旋转时都进入水下，然后再回到水面之上，而不是一直完全浸没在水中。如果在旋转几次后没有看到管子开始注水，则可能是螺杆的旋转方向错误。当您从侧面观察螺杆时，您看到了什么？水是如何分布在管子中的？
继续旋转螺杆，观看水向上移动到更高的容器中！
尝试使用阿基米德螺杆的不同方法。你能把水提升多高？抬高上部容器，并将螺杆向上倾斜到更陡峭的角度。您是否达到水开始向下流回管子而不是向上流动的程度？
附加：尝试阿基米德螺杆的不同设计。如果您更改管子螺旋的间距，使各个圈更靠近或更远会发生什么？如果您更改PVC管或管子的直径会怎样？
观察与结果
阿基米德螺杆如何设法将水向上移动？当您将管子弯曲成螺旋形时，它会形成单独的口袋，水可以被困在其中，因为管子两侧都向上弯曲。如果您从侧面观察螺杆，您会看到这些口袋里装满了水。当您旋转螺杆时，它会捕获空气和水交替的口袋，并且各个口袋向上移动到螺杆的上部容器。如果您将螺杆向上倾斜的角度太陡，最终每个口袋的一侧将指向下方，从而使水向下流回。如果您将管道垂直竖立起来，则最容易看到这一点——请注意，没有地方可以让水“被困住”而不向下流动。
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