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吸管幫浦
| 用吸管做一個簡易抽水馬達！ |
| ※器材：吸管、竹筷、熱熔膠 |
| ※操作步驟與現象 |
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1.將半根吸管以熱熔膠橫著黏在竹筷上（如圖一），此橫向的吸管可以用竹籤或竹筷代替。 2.取半根吸管，傾斜約45度，如圖二，以熱熔膠固定在竹筷與橫向的吸管上，且距離竹筷底部約一公分。 注意：(1).黏在竹筷下方的吸管，不可以超出竹筷，例如圖四是錯誤的位置。 (2).斜向的吸管必須保持暢通，不能被堵塞，因此注意熱熔膠不要用太多，以免吸管口堵住。 3.另一邊依上述步驟黏上另外半根吸管，就完成了吸管幫浦的製作。（如圖三） 4.將完成的吸管幫浦放入水盆，左右轉動吸管幫浦（轉動速度不必很快），就可以看到水不斷的被抽出來喔！（如圖五） 註：圖三的V形吸管，也可以使用一隻吸管，剪一半（但是不要完全斷裂），摺成V形後直接固定在竹筷上。
觀看實驗影片（4.1M） |
| ※原理 |
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吸管幫浦能夠將水抽出來的原理，經常被解釋為「離心力（centrifugal force）」所造成，但是離心力並非真實存在的力，而是一種假想的力（pseudo force），可以用來方便的解釋與計算。同樣也是假想力的還有「科氏力（Coriolis force）」，可方便的解釋地球自轉與地表運動的結果。 物體在作圓周運動時，真實存在的是「向心力（centripetal force）」，為指向圓心的力。如果沒有向心力，物體會保持慣性運動，不會轉彎（不會圓周運動）。例如月球繞地球運動，向心力是重力，如果沒有重力，月球就不會進行圓周運動。繩子綁石頭旋轉，繩子提供了向心力，繩子一斷掉，石頭就飛出去。 如果離心力是一種假想的力，則日常生活很多例子如何解釋？例如車子轉彎時乘客會被拋出去、脫水機能將衣服脫水等等。首先，當車子轉彎時，乘客是因為保持向前運動的慣性，才會被拋出運動方向不一樣的車子。其次，脫水機能將衣服的水分脫掉，並非脫水機「產生了離心力」將水分脫掉，而是衣服隨著脫水機旋轉，水分則因為保持慣性運動，與進行圓周運動的衣服脫離了。 因此，本玩具的吸管在旋轉時，過程如同圖六；吸管由A進行圓周運動到B時，在A點吸管內的水分子（以藍色球代表）保持慣性運動，亦即以切線方向運動（紅色箭頭）。因此運動到B點時，水分子在吸管內的位置更遠離圓心；如同上述的車子中的乘客被拋出去；脫水機中衣服的水被甩掉一樣。 另一種簡易的玩法是：將一根吸管直接放入水中，就可以將水抽出來。如圖七；手拿吸管的尾端（很重要！），傾斜放入水桶，然後左右擺動吸管，水盆的水就會從吸管跑出來了。
觀看圖八的實驗影片（5.1M） |
| ※叮嚀的話 |
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在教學時，可以指導學生進行科學探究，探討以下問題： 一、為什麼圖四中吸管太長，伸出竹筷是錯誤的，會無法將水抽出來呢？此現象與進行圖七的操作，必須拿著吸管的尾端擺動才能成功，原理是否一樣？ 二、圖二、圖三斜向吸管的傾斜角度大小，是否會影響吸管幫浦抽水的速度？而吸管的長度是否也會影響呢？ 三、小吸管換成大吸管，是否也可以成功的將水吸取出來？ 四、擺動（轉動）的速度是否會影響抽水的速度呢？ 參考解答如下（請以滑鼠選擇以下空白，即可看到解答） 一、原因是：竹筷上端的吸管與下端的吸管都在旋轉，但是由於旋轉方向相反，吸管中的水的慣性運動相反，互相牽制，水就無法跑出吸管了。 二、傾斜角度有影響，但影響不大（吸管完全直立就不行了）。而吸管長度越長，會讓水吸出來的時間增長，但是以吸管的長度而言，影響並不明顯。 三、大吸管也可以成功的將水吸取出來。 四、理論上圓周運動的速率，會影響抽水的快慢。但是如果只是要觀察水被抽出來，不必轉動很快就可以將水抽出來。 |
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