主要概念
能量
力量
力
机械
介绍
你有没有骑自行车逆风而行过？ 如果有，你是否觉得非常吃力？ 这与顺风时感觉如何相比？ 那会让你感觉准备好参加环法自行车赛了吗？ 在这项科学活动中，你将探索风力驱动装置，例如风力涡轮机和风车，如何以不同的方式对风向做出反应。
背景
风力涡轮机是将风中的能量转化为机械能或电能的机器。 风车是将风能转化为机械能的风力涡轮机的例子。 荷兰是一个以风车闻名的国家，几个世纪以来，风车一直被用于磨玉米、排水和伐木。 另一方面，风力发电场是将风能转化为电能的风力涡轮机的例子。 在加利福尼亚州，你可以看到沿着多风的山脊和山口排列的风力涡轮机。 这些风力发电场上的风力涡轮机直接连接到电网，并产生该州总用电量的 5%。
风力涡轮机有一个带有叶片的转子，该转子连接到轴。 当风能冲击叶片时，转子转动，从而带动轴也转动。 当轴转动时，它能够做功并产生机械能或电能。 冲击叶片的风越大，转子转动的越多，风力涡轮机产生的能量也越多。
材料
风车（如果你没有风车，你可以用一张纸、一支铅笔或钢笔、一根圆形木制烤肉串签和剪刀自制一个——见下面的步骤。）
吹风机（可选）
准备
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如果你没有风车，请立即按照以下步骤制作一个。
裁剪一张纸，使其成为正方形（8.5 英寸 x 8.5 英寸是理想尺寸）。
沿着对角线折叠正方形纸张，然后将其展开回正方形。 沿另一条对角线折叠它，然后再次展开。 你的纸张现在看起来应该像一个正方形，折痕形成一个大的“X”。
在距离中心约两英寸的位置，沿着每条折痕，用钢笔或铅笔做一个小标记。
小心地用烤肉串签在每个折痕的右侧、靠近正方形角的位置打四个孔（更多详情请参见图 3 中所示的图案），并在纸张中心打一个孔。
从正方形的每个角开始，沿着折痕向下切割，直到到达你做的标记处。
最后，拿起每个角上的孔，然后将它们一个接一个地折叠到烤肉串签上，使它们全部叠在一起。 你现在应该有一个功能齐全的自制风车了！
步骤
如果你愿意，你可以使用吹风机吹叶片，而不是自己吹。 如果你这样做，请将吹风机调至低档，并确保每次吹叶片时，吹风机与叶片的距离大致相同。
面对你的风车的正面并直接对着它吹气。 想象一下，风车是一台风力涡轮机，当它朝这个方向旋转时，它正在将风的能量转化为电能。叶片朝哪个方向旋转，顺时针还是逆时针？ 它们转得多快？
转动风车，使其正面现在指向你的右侧。 你现在应该面对先前位于你左侧的叶片的侧面。 吹叶片的上半部分，即穿过叶片的轴的上方。 尝试像之前一样（用相似的力和距离）吹气。叶片朝哪个方向旋转，顺时针还是逆时针？ 它们转得多快？ 与吹风车正面相比如何？
仍然面对叶片的这一侧，吹叶片的下半部分，即轴的下方。 尝试以与之前类似的方式吹气。现在叶片朝哪个方向旋转，旋转速度如何？ 这与从其他方向吹风车相比如何？
现在转动风车，使其正面指向你的左侧，你正对着叶片的另一侧。 吹叶片的上半部分，类似于你之前吹它们的方式。 然后吹叶片的下半部分。每次叶片朝哪个方向旋转，旋转速度如何？
总的来说，风 hitting 风车的方向如何影响叶片的旋转方式？ 如果风车是一台风力涡轮机，并且吹风车的正面产生电能，那么它应该从哪个方向接收风才能有效地产生电能？
额外内容：尝试用几个不同的风车重复此活动。你对每个风车都得到相同的结果吗？
额外内容：如果你想要一项更具挑战性的活动，你可以尝试量化风车从一个方向吹来时与从另一个方向吹来时产生的功率。 为此，你需要将风车叶片连接到固定的轴（例如，木制烤肉串签），以便当它们被吹动时旋转轴。 通过将轴穿过纸板燕麦片罐或类似物体来支撑轴。 在轴的另一端，用细线系上一小块重物（例如，回形针）。 当风车被吹动并且轴转动时，它应该拉起重物。 有关如何创建此设置的更多详细信息，请参阅“更多探索”部分中的“科学伙伴”项目构想。你认为你的风车可以产生多少机械功率？
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观察和结果
当你直接对着风车的正面吹气时，它是否逆时针旋转？ 当你吹入它的“杯状”叶片时，它是否旋转得最好？
大多数风车的叶片排列方式使得当风直接吹向它们时，它们会逆时针旋转。 这是因为叶片的“杯状”结构的设计使得迎面而来的空气被捕获并朝这个方向推动叶片。（你可以尝试查看几个不同的风车，看看它们之间是否共享这种模式。）当风吹入杯状叶片时，风车旋转良好。 因此，如果你使用的是典型的风车，请将其转动，使正面朝向你的右侧，然后吹入叶片的侧面。 如果你吹下半部分（进入杯状叶片），叶片将快速逆时针旋转，但如果你吹上半部分（对着杯状叶片的背面），叶片将缓慢顺时针旋转。 同样，如果风车的正面朝向你的左侧，并且你吹入叶片的侧面，如果你吹上半部分（进入杯状叶片），它们将快速逆时针旋转，但如果你吹下半部分（对着杯状叶片的背面），它们将缓慢顺时针旋转。 如果你的风车是一台风力涡轮机，并且逆时针旋转将风能转化为电能，那么当风直接吹入杯状叶片时，它将最有效地产生电力。
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