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

白努利原理

為什麼乒乓球會懸浮在空氣柱裡,即使空氣柱傾斜,球也不會掉下來呢?

核心概念

  • air pressure icon
    氣壓
  • Bernoulli Principal icon
    白努利定律
  • Fluid dynamics icon
    流體動力學

  • 簡介

    您是否有聽過「陷入滑流」這個說法?它是指某物或某人被外部力量困在特定位置的狀況。在今天的實驗中,我們一起探究著名的白努利定律時,您就能親身體會這句話的意思。這也是飛機能夠在高空中保持飛行、鳥兒可以翱翔的原因。在這個的活動裡,試試看您能否應付這股壓力吧!

  • 背景

    Daniel Bernoulli 是瑞士科學家和數學家,他發現了18世紀重要的科學原理。他對流體力學特別有興趣,因此更發現了白努利定律:當流體的流速增加時,壓力就會降低。1752年,有個名叫Leonhard Euler的人,發現了Bernoulli的方程式。由於Bernoulli的發現,影響了許多重要技術的發展,從汽車化油器到飛機機翼的發明,改變了我們的世界。

  • 實驗準備

    1. 請成年人協助把吹風機接上電源,以便在實驗裡使用
  • 步驟

    1. 猜猜看:當您打開吹風機,然後把球放在氣流上,會發生什麼狀況呢?如果您把頂著球的氣流傾斜的話,又會怎麼樣呢?
    2. 首先把吹風機位置調整好,當您打開吹風機時,它的氣流是向上的。
    3. 打開吹風機,氣流向上吹,把球放在氣流上,然後放開手。
    4. 轉換吹風機的方向,使球懸浮在一個角度,而非直上直下的。試試看,您可以把吹風機轉到多斜, 仍能讓乒乓球懸浮在氣流上呢?
  • 觀察與結果

    把吹風機轉到很斜的角度,乒乓球才會掉出空氣柱以外。實際上是周圍的氣壓把球穩住在空氣柱內。白努利定律告訴我們,移動的流體(如氣體或液體)比不動的流體,壓力更低。打開吹風機時,您就製造了一條流動的空氣柱,這個空氣柱的壓力比周圍的空氣都低,所以每當球要從氣柱裡掉出來的時候,周圍的高壓空氣會把它推回到空氣柱內;即使空氣柱不是垂直把球托起,而是傾斜,甚至斜度很大,這種情況依然會發生。

    白努利定律也可以解釋為什麼在淋浴的時候,一打開花灑蓮蓬頭,浴簾總會向淋浴間裡飄進來。流動的水和空氣會形成低壓區,淋浴間外的高壓空氣會往低壓區推進,空氣會帶著浴簾一起推進,於是打開花灑時,就形成浴簾往淋浴間推移的現象了。

  • 清理

    完成實驗後,記得要把現場清理乾淨。把吹風機和乒乓球放回原來的地方。

  • 探索更多

    您可以利用美術紙和膠帶,製作與影片內一樣的乒乓球發射器。

    所有流體(包括液體和氣體)都依循白努利定律。要透過液體觀察白努利定律,可把兩片玉米脆片放進一碗水裡,兩者相距五公分;然後在它們中間輕輕把水倒進去,由於移動的水會造成低壓區,所以兩塊脆片就會互相靠近了。

    您也可以嘗試將兩個氣球用繩子綁住,相距數十公分,然後在中間吹氣,氣球會像玉米脆片一樣朝彼此靠近。

  • 安全第一與成人監督

    • 請小心按照實驗說明進行操作。
    • 每個實驗應有負責監護的成年人協助。
    • 儘管在家裡進行科學實驗是令人興奮的學習和實踐科學的方法,但必須注意,有些實驗可能要求參與者採取額外的安全措施,以及/或者會把地方弄得髒亂。
    • 成年人應負責或協助處理可能有危險的材料或尖銳物品。
    • 在進行實驗前,成年人應檢視實驗內容,並決定學童的年齡是否適合參與該項活動。