2015年12月30日

科學玩具-力學-氣墊球

對流體而言,氣體的浮力和液體的浮力源自同一概念,但對於固體而言,就不適合稱為浮力了,由於以往曾經看到有科學遊戲將固體之間的作用力與反作用力稱為固體中的浮力,雖然這是一種類比的方法,但還是謹慎一點比較好。科學教師在演示時,總希望能讓學生人手一組,但對於需要事先準備的科學教師而言,還是需要考量到前置準備作業和實驗操作完後的收拾善後。尤其是浮力,要是弄得桌面到處都是液體,難保不會有意外發生。

學習浮力,需先有壓力的基本概念比較能快速入門。學校的英文老師就曾跟我聊到他以前學理化時,浮力單元的內容都聽不懂,我也只能無奈地回以微笑,說因為這樣你才會進入更有興趣的英文領域。

浮力是種接觸力,當效應產生時,能稍微抵銷向下的重力,可以改變物體與接觸面的正向力大小,對於質量輕微的物體,還有機會改變接觸面性質。怎麼說呢?倘若流體有機會進入物體與接觸面之間的縫隙,由於摩擦係數隨接觸面性質而改變,那麼將使得摩擦力跟著被改變。
在沒有投幣的時候,平台跟一般的桌面沒什麼兩樣
即使拿其他板狀物體來推,也推不太動,更會刮傷桌面

像是氣墊球這樣的遊戲台,從大型機台到小型桌遊都有,當然玩的樂趣、力道、可控制的範圍也不一樣,但是不論在哪一種平台上,都是應用相同的原理。檯面上有許多小孔,氣體可以從這裡被噴出,進入圓板與檯面間的空隙,加上重量小,因此圓板有上浮的趨勢,雖然稍稍被抬起,但是圓板的重量和外型仍使得氣體被壓迫向四面八方流出,形成讓改變接觸面性質的氣墊,摩擦力大為減小,所以會更容易推動。
檯面上的出氣孔孔距不能過長,但也不需要太密集(有看到燈管倒影旁的小洞嗎?)
能讓圓板同時覆蓋四到六個出氣孔為佳,以維持氣墊存在

遊戲中的圓板並不是平坦的,而是有裙緣,也就是周圍較厚而中間稍薄,這樣設計的好處是讓氣體由出氣孔向上噴出時,能暫留在圓板中央形成氣墊,氣墊越能維持,圓板就越容易移動。
上面的氣墊球玩具可以在任何平坦的表面操作,用來推氣墊球的推把也比較大
旁邊的那隻筆並非拍照時充當比例尺的功能,而是我在教麼擦力時的教具

氣墊球並不需要檯面上的出氣孔,而是創造氣墊,讓自身微微飄浮,也能達到容易移動(被推移)的效果。在手掌般大的氣墊球中有組馬達與風扇,運轉時可以將空氣向下推進,撞擊到平面的空氣向四方散逸時,便能將周圍的裙緣稍稍撐起,大幅降低移動時的麼擦力。氣墊的產生與效果當然與馬達的運轉速度有關,新電池效果不言可喻,但是當電池耗弱時,馬達動力不足以讓風扇快轉,能量不夠,自然就撐不住囉!

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