根據牛頓第三運動定律製作氣球單軌列車

十一月 22, 2017
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我們都曾經看過別人嘗試要吹氣球,結果綁起來時沒有抓好,只能眼睜睜看著氣球射向房間另一端。這是由於氣球裡的空氣被擠壓並從小小的開口排出的緣故。要是我們能控制氣球內部氣壓的這股力量,製作單軌列車、氣墊懸浮車、甚至驅動一臺玩具車呢?
接下來的幾個專題都是根據牛頓第三運動定律製作:一物體受外力作用時,必產生一反作用力,與原本的力大小相等,方向相反。要控制這股空氣的驅動力(或稱反作用力原理),需要將空氣擠壓至更小的開口或噴嘴。在以下大部分的專題,你會使用一根可以彎曲的吸管來集中氣球產生的力量。
我們先來做一個簡單的實驗。用橡皮筋將氣球開口綁在可彎吸管短的那一端,吹飽氣後放開。和沒有吸管時比較,有什麼不同呢?現在我們來製作以下幾個專題,來駕馭剛才學到關於氣球的新知識吧!

專題6:氣球單軌列車

成本:0 ~ $
時間:5 ~ 10 分鐘
材料:
材料 描述 來源
十元商店、日用品 可彎吸管、各式各樣的氣球、透明膠帶、各式各樣的橡皮筋 十元商店
尼龍線、釣魚線 手工藝材料行
紙(非必要) 用來製作翅膀或進行其他嘗試。 學校或文具店

步驟1:在氣球上連接可彎吸管

第一件事就是將氣球接上吸管,如此你就可以在將氣球放上單線軌道後,將氣吹進氣球引擎裡。請拿一支可彎吸管,將長的那一端自距離彎曲處約2 吋處剪斷。將吸管塞進氣球,讓彎曲處卡住開口,然後用橡皮筋綁起來。有時將氣球扭轉幾圈會更加牢固(圖2-32)。用吸管吹氣球來試試看是否連接牢固。如果氣球鬆掉了,請用橡皮筋繞緊一些,並用膠帶固定。
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圖 2-32 彎曲可彎吸管。

步驟2:將氣球放上軌道

現在是時候控制這股氣壓,並將我們的氣球放上單線軌道,讓它成為一臺單軌列車。請拿出第二根可彎吸管,將長的一端剪掉,在你剛剛連接氣球與吸管的接口,將它平行放置上去(圖2-33)。用膠帶將兩根吸管綑在一起,但請小心別把膠帶黏太緊,否則會影響氣球的行進。空氣必須要能順暢地從第一根吸管擠壓出來,並能夠順暢地沿著單線軌道行駛。軌道的材料可以使用龍線、釣魚線或是各種光滑的線。製作軌道的步驟如下:將線穿過吸管,並將線的兩端用膠帶固定或綁在牆壁或椅子上。請儘量讓繩子拉緊並保持水平。
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圖 2-33 將氣球裝上軌道。
課堂提示: 請讓兩名學生共用一個軌道。如此一來,他們就能進行氣球列車比賽了。請讓每名學生製作自己的氣球列車,因為我們是要分享創意,不是要分享細菌!
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圖 2-34 發動引擎!

步驟3:列車上路

現在來到最好玩的部分了!讓氣球列車退到軌道起點,用第一根吸管吹氣進去,讓引擎發動(圖2-34)。放手然後看看會發生什麼事!氣球行駛的速度是快是慢?在一開始跑得比較快還是在結束時跑得比較快呢?還沒結束,我們來迎接接下來的挑戰,看看還有什麼其他我們可以學習的方法。
挑戰題
■ 你的氣球單軌列車能跑多遠呢?試試看不要將線固定在牆壁上,而是找個夥伴幫忙拉線,看看氣球能跑多遠。
■ 氣球能走上坡嗎?你可以改變一下軌道的角度,看看行駛的速度會如何變化。
■ 如果接上兩顆氣球會如何呢?可以進行騎馬戰嗎?
■ 給它一對翅膀(如紙飛機般),或是嘗試讓你的列車旋轉。
■ 如果將軌道穿過的那根吸管,換成不同尺寸會如何呢?
■ 如果將用來吹氣的那根吸管,換成不同尺寸,或是增加數量,又會如何呢?
■ 試試看在吹飽氣之後,用膠帶將吸管口稍微擋住來縮小空氣的出口。對氣球行駛的狀況會有什麼影響?
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