服務申請

目前開放報名活動如下:

小球漂浮

小球漂浮

目的 

了解小球飄浮原理。

 

實驗 

實驗裝置:送風機+小球
啟動送氣機,且將小球置於其出風口,並察該小球運動情況。
1.當出風口垂直向上時,此時小球運動情況為何?
2.當出風口傾斜時,此時小球運動情況為何?

 

 

原理思考 

為什麼小球不會掉落呢?

 

大家會以為這是白努利定律,其實不是。真過的原理是康達效應(Coandă effect)。 先考慮理想的情況,小球為表面光滑且質量均勻的球體,氣流 為理想流體(ideal fluid)[1],則在小球周圍會形成穩定的流場(flow field),因此,小球就會被限制在氣流中央。(右圖一) 再考慮因黏滯力(viscous drag force)所造成的阻力,因空氣阻力的關係,使小球同氣流方向運動。 當向上吹時,小球受空氣阻力向上,受重力向下,故可飄浮在半空中。 當傾斜小角度時,此時氣流在小球周圍所形成的流場,就像一斜坡道,小球受重力和阻力的關係,亦可飄浮在空中。 當角度過大時,此時周圍流場施與小球的力小於小球重力在流場的方向上,故小球會掉落。 由於小球的表面為一不均勻粗糙面,質量亦不一定均勻,故球面上每一點所受到的空氣阻力(由黏滯力所造成的)不一定相同,故會形成力矩(torque),使小球旋轉。

 


討論 

1.小球的材質和本實驗有何關係?
2.周圍流場的流速和本實驗有何關係?


關於實驗 

1.本實驗為容易演示的項目,亦為流體力學的經典例題。
2.送風機可用吸塵器出風口代替。
3.NASA: Incorrect Theory


參考資料

“流體力學", 初版, 三民, 2004, 臺北, 陳俊勳 杜鳳棋

 

 

製作 

v.1 曾助理


指導老師 

朱慶琪


撰稿 

黃時霖、朱慶琪