2013年1月4日

科學遊戲-壓力-吸力士



親身體驗過之後,總是會讚嘆一句:「好吸力啊!」(另譯:好犀利啊! or 猴塞雷啊!)但是這個「吸」卻和「壓」脫離不了關係哦。

這個活動名稱跟藥物沒有關係,使用了該項藥物的人也不見得能完成這一項物理挑戰。顧名思義,「吸力士」這個活動,就是要比較一下,誰比較會吸,這跟肺功能和肺活量有密切的關係,但最重要的關鍵還是大氣壓力。跟空氣一樣,這個肉眼看不見卻在大家身邊存在已久的大力士,著實充斥在我們的生活之中,現在就讓它展現一下威力吧。
長一點的風管去水族用品店買就可以了
不然就去五金用品店問問看

教師需要準備的材料非常簡單,只要有果汁、玻璃杯和透明風管就可以了,果汁最好有顏色,目的是方便觀察;風管是水族用品店的那一種,需要透明管子的原因是避免妨礙觀察,剩下的挑戰就交給對自己有莫名其妙的自信的人類吧。首先是初級版,將有色果汁倒入玻璃杯後放在桌上,再將風管的一端插入杯中,讓挑戰者坐在椅子上,用嘴巴含著風管吸吮,看看能不能一口氣喝到果汁。不難發現雖然要比平常用吸管時多花一點點時間,但是應該還是喝得到果汁吧。

接下來就是進階版囉!請挑戰者站在椅子或桌子上,杯子可以放在桌上或地上,讓挑戰者再試試看,不換氣應該也喝得到,不過經過隨機測試之後,發現不是每個人都能過這一關的,也跟性別沒有關係。
最終的魔王版,也是全班最High的一部分(因為不用坐在教室內),則是讓挑戰者站在三樓走廊上吸放在二樓的果汁,中途不可換氣,讓他們試試看能不能一口氣吸到果汁。真的能順利喝到嗎?垂直三公尺的差距,真的可以克服嗎?其實還是可以的,但真的有難度。
這一位堅持不願透露姓名的男同學有成功吸到果汁哦
平常有在運動的人果然肺活量比較大

有一位名字為托里切利的科學家,做過水銀柱的大氣壓力實驗,當時水銀柱最高升到了76公分高,也就是說,當時的大氣壓力大小可以和高度為76公分的水銀柱壓力相抗衡(水銀密度為13.6/立方公分)。同時,在試管內上端形成沒有水銀的空間,因為沒有從別的地方讓空氣跑進去,外界空氣被水銀(液體金屬)阻擋住,也不可能從玻璃管外進入管內。為了紀念實驗發現者,因此水銀上面什麼都沒有的真空狀態,就被命名成托里切利真空
在外界的大氣壓力不變時,吸吮的動作是為了降低密閉空間中的氣壓,在這種有壓力差異存在的情形下,流體(液體和氣體)會從壓力高的地方向壓力低的地方移動。挑戰者將管內空氣越吸越少,管內氣壓會逐漸降低,所以外界的大氣壓力可以將果汁壓入管中,這是吸管使用的基本原理。這跟吸力是沒有關係的,教師一定要釐清這個迷思!

假設管子是平放,從杯子到嘴巴之間的高度不是差太多的話,多花一點時間應該還是喝得到果汁。但如果把管子垂直向上拉高,隨著果汁在管內上升,管內果汁重量所造成的液體壓力就會越來越大,對於吸到果汁這項任務的挑戰難度也就越來越高。
一個擁有奧運八金的游泳選手,帶著最優秀的肺活量前來挑戰,他能成功從四樓喝到地面上的果汁嗎?代入Phd,可以發現來自周圍空氣的一個大氣壓力(1033.6/平方公分)比十公尺高的水壓還多一些,所以即使管內的被吸到真空狀態,果汁最多也只能到三~四層樓的高度。其實,一般人如果能將果汁吸到兩公尺以上就很了不起了。

假設有隻搗蛋鬼狐狸偷偷把吸管剪一個小洞,那麼有任何一個挑戰者能喝到果汁嗎?當我們發現時,只要學DoraBoots說:「搗蛋鬼,別搗蛋!」,就能讓搗蛋鬼狐狸留下一句:「哦!討厭~」,避免惡作劇發生呢。

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