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                    氣球火箭,發射!

                    來源:環球科學


                    你會不會覺得奇怪,航天飛機究竟是怎么進入外層空間的?顯然需要很大的能量,才能將這么重的物體(發射時總重約為2000公噸),在短短幾分鐘內由靜止狀態加速到時速超過2萬7000公里,沖向太空。

                    在真正的太空飛行中,火箭科學家設計了特殊燃料,以便提供充足的能量,將沉重的航天飛機推離地球表面。你也可以運用相同的原理(但不需使用危險的火箭燃料),推動氣球火箭橫越房間。

                     

                    重要概念

                    能量

                    推進與推力

                    壓力

                     

                    背景說明

                    撇開復雜的化學方程式不談,火箭發射的原理其實相當簡單,就是產生足夠的力推動物體前進。這種方法能發揮作用的部份原因,是燃燒燃料產生的力可集中在同一方向。如果能控制力的作用方向,就能產生推力。航天飛機升空時,推力集中往下,反向推動航天飛機朝上方飛去。

                    在這個實驗中,我們將以空氣取代火箭燃料,但原理同樣是朝某一方向作用的力可推動物體朝反方向移動。我們吹氣球時迫使空氣進入氣球,使氣球內的氣壓高于氣球外。只要一有機會,空氣分子就會往壓力較低的環境移動,這也就是充飽氣的氣球開口如果沒有綁緊,空氣會立刻噴出的原因。

                    萬一氣球爆破,氣球內的空氣朝四面八方逸出,力就會完全分散,不會有某個方向的力特別強。但如果讓空氣只通過一個小孔噴出,推力就足以讓輕飄飄的氣球朝反方向移動。

                     

                    實驗材料

                    ·氣球(最好是細長形,但圓形也可以)

                    ·長三公尺以上的線

                    ·塑料吸管

                    ·膠帶

                    ·兩把椅子或兩個距離約三公尺的穩固門把(中間必須沒有障礙)

                    ·其他形狀和大小的氣球(非必要)

                    ·其他可當做引導線的細長物品(例如釣魚線、絲帶或細繩,非必要)

                    ·秒表或可顯示秒數的時鐘(非必要)

                     

                    準備工作

                    1. 將線的一端綁在椅子、門把等穩固的物體上。

                    2. 將線穿過塑料吸管。

                    3. 將線拉緊之后,另一端綁在距離三公尺以上的另一把椅子或門把上。兩端高度必須相等,沒有高低落差,同時把線的周圍清空。

                     

                    實驗開始

                    1. 給氣球充氣(這個步驟就等于為火箭引擎裝填燃料),再用手指捏住吹氣口,不讓空氣漏出(但不要綁住吹氣口)。

                    2. 捏住氣球開口,同時用膠帶將氣球固定在塑料吸管下方。

                    3. 將充飽的氣球和吸管一起拉到線的一端,讓充氣口朝向這一端,氣球前方朝向整條線。

                    4. 猜猜看,當你放手時,會發生什么狀況?

                    5. 放開氣球,接著放開吹氣口。

                    6. 你放開氣球時,發生了什么狀況?

                    7. 氣球朝哪個方向移動?移動了多遠?

                    8. 再試一次,但這次只充一半的氣。你認為氣球移動的速度和距離會有什么變化?

                    9. 你還有什么方法可以讓氣球移動得更快或更慢,或是改變它移動的距離?

                    10.再試試看:用其他大小和形狀的氣球,它們的表現如何?

                    11.再試試看:用其他細長物品當做引導線,例如絲帶、細繩或釣魚線等,氣球火箭的移動速度或距離有沒有改變?

                     

                    觀察與結果

                    你的氣球火箭移動了多遠?

                    即使氣球里充填的不是火箭燃料,它仍然能像航天飛機一樣發射出去。事實上,由于氣球非常輕,因此只需要空氣就能提供足夠的推力。

                    當然,如果你將氣球充氣后再放開吹氣口,但不讓它沿著線移動,它會到處亂飛,也就是朝許多個方向快速移動,但任一方向移動的距離都不遠。讓氣球沿著線移動,可使氣球內空氣提供的力集中在單一方向,盡可能增加氣球朝同一方向移動的距離。

                    如果有其他大小或形狀的氣球(也可以試著改變充入的空氣量),哪個氣球移動得最快或最遠?你還可以架起兩條平行的線,來場氣球比賽!

                    還有哪些移動方式運用到推力?你看過氣墊船嗎?氣墊船的船尾有個很大的風扇,單靠空氣就能讓氣墊船前進。雖然風扇的運轉動力來源是燃料,但風扇和氣球火箭一樣產生的也是空氣推力。某些動物也是運用推進原理來行動,舉例來說,烏賊、章魚和水母都能將水儲存在極富彈性的身體中,并讓水通過小孔噴出,推動牠們在水中行進,甚至可以離開水面。人類也研究過這類自然推進方式,并從中取得設計交通工具和科技的靈感??茖W家也能運用這個簡單的原理,再結合化學反應的相關知識,產生更強大的推力,就像火箭那樣。

                     

                    清理工作

                    如果打算重復使用氣球,請拆下黏在氣球上的吸管,但要小心膠帶黏過的地方比較容易破。將線拆下,以后還可以用。 

                     

                    本文來自:環球科學
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