目的
表現物質相變化體積的改變及液體的反作用力。
實驗
實驗裝置:取一片保利龍或木板鑽兩個洞做為船身的甲板。將一鋁(或銅)管彎折成螺旋型,兩末端同向彎折90度安插於甲板中,做為水面下的出入管口。以酒精燈或蠟燭作加熱來源。
1.先將船顛倒沒入水中,使其管中盡量充滿水。不讓水流出的情形下扶正船身,使其漂浮於水面。
2.放上酒精燈或蠟燭,加熱甲板上螺管的部分。 幾分鐘後觀察船身情形。
原理思考
1.船起動的原因為何?
2.船為何能作持續推進?
3.如果要維持運行,需要吸入與排出的一樣的水量,否則水會排光而停止。但依據反作用原理,船在此時向前與向後的推力不是一樣嗎?又如何前進?
1.管子中央水受熱汽化,末端則仍是水。水氣化成水蒸氣體積變大,推動末端的水排出管外,依據反作用力原理,推動船前進。
2.隨後在管末部分水蒸氣冷卻液化,管中壓力變小,水便從管外被吸入。而後水蒸氣受熱膨脹加上重新汽化的水蒸氣繼續做推進的程序。
3由於水分子被推出管外時是同一方向;而四面八方的水分子則皆有機會被吸入,即吸入時的反作用力非單一方向,合力的結果不如推出的情形。
討論
1.管子兩個末端的水是同時進出,或是一進一出?
2.管子兩末端若反方向會如何?
3.一定要用鋁或銅管嗎?
4.一定要彎成螺管形式嗎?
5.沒有看過正式的船隻用此種形式設計,為什麼?
關於實驗
1.以玻璃管(最好是耐熱的石英玻璃管)做實驗目的是要看出水汽化的情形,但須要做較大範圍的火焰加熱區,並須注意冷卻後才可重新充水做實驗,以免玻璃破裂。
2.以雷射筆照射出水口可作進出水狀況的觀察。
參考資料
“PHysics, fun, and beyond."Valadares
“The flying circus of physics with answers"J. Walker
製作
v.1 張惟絮、張正忠、曾助理
指導老師
陳泰利
撰稿
陳泰利