ㄉㄨㄞ ㄉㄨㄞ 蛇與靜電章魚

               

內 容：PVC管用毛布摩擦產生靜電，吸引ㄉㄨㄞ ㄉㄨㄞ 蛇並排斥靜電章魚。

旨趣：體驗靜電的現象，引發對科學之好奇。

適合對象：國小以上學生、一般民眾

主要概念：摩擦生電、靜電感應、同性電相斥。

主要技術：用力摩擦、製作技巧。

設備材料：PVC管（口徑52mm，長度60cm）、毛布、色紙、塑膠繩(約15~20cm)

  原 理：

1. 摩擦生電：物質一般都是呈中性，因為內部正負電荷一樣多，當把兩個絕緣物體互相摩擦時，部份負電粒子會由原物質跑到另一物質，使原物質帶正電，另一物質就帶負電，又因為是絕緣物質，電荷不易流失，所以呈帶電狀態。
2. 靜電感應：若PVC管帶負電，而ㄉㄨㄞ ㄉㄨㄞ 蛇呈中性，當PVC管靠近時，ㄉㄨㄞ ㄉㄨㄞ 蛇中的正電會靠近PVC管，正負電產生吸引力，使得ㄉㄨㄞ ㄉㄨㄞ 蛇往上跳。
3. 同性電相斥、異性電相吸：將PVC管與塑膠繩都用絨布摩擦後，兩者皆帶同性電，所以將PVC管靠近塑膠繩時，塑膠繩會被趕走。

操作過程：

1. ㄉㄨㄞ ㄉㄨㄞ 蛇
   
   用剪刀將色紙剪成迴旋狀，做成ㄉㄨㄞ ㄉㄨㄞ 蛇。
   用毛布將PVC管用力的摩擦。（朝同樣的方向，且最好可以發出刺耳的聲音）
   將PVC管靠近ㄉㄨㄞ ㄉㄨㄞ 蛇，則蛇會跳起。
2. 靜電章魚
   
   取一段塑膠繩，一端打結，再將塑膠繩撕成細絲狀的章魚。
   用毛布摩擦PVC管與塑膠繩。
   將塑膠繩拿起，則章魚的腳會張開，再用PVC管靠近，則章魚會被趕走。
   
   (在室內進行實驗時，可將章魚拋至空中，利用PVC管和它的靜電排斥，章魚可以空中飛舞)

迴旋鏢製作

前言：
常在電影或小說情節中可見帥氣十足的大俠以迴旋鏢及退敵人。今天我們就把迴旋鏢搬到現實生活中來實現。
使用材料：
厚紙板、釘書機、剪刀、尺。
製作方法：

1. 將馬糞紙裁成長約2.7cm、寬13.7cm的大小三張。
2. 將三張裁好的長條形紙板以釘書機組合成如圖一。(注意夾角盡量調整為120⁰)
3. 左手持迴旋鏢，以右手調整將每片紙板如圖二折彎一小角度（左下至右上）。即可開始測試。
4. 若欲增加其迴轉半徑，可將紙板中央折起成弧形如圖三。
5. 將紙板邊緣直角部分剪成圓弧形以免傷人。

操作方法及注意事項：

1. 操作時特別注意安全，請依指示操作，以免誤傷同學。
2. 以紙板右上角向上彎起之方向為正面，投擲時正面向自己的臉頰。
3. 擲出時整個迴旋鏢垂直，手以類似投擲物體方式拋出。拋出時注意前方是否有同學。

討論：

如何改良使迴轉半徑變大？ 如何改良使旋轉速度變快 如何調整可使迴旋鏢向上、向下飛行？ 試著取一目標物，看是否可以擊中。

氣球火箭

前言：
把汽球寶劍當作小型火箭,利用彈力之反作用力射出,以求射中目標,因為汽球旁氣流複雜加以汽球很輕,所以飛行極其不穩難以控制.如加簡易裝尾翼改良,可望大幅改良。
使用材料：
雲彩紙、雙面膠、鉛筆氣球。
製作方法：

1. 將雲彩紙畫好尾翼等部分（如下圖）。並將斜線部分貼上雙面膠。依線條裁剪。(規格僅供參考，可依實際需要做適度調整)
   
2. 將鉛筆氣球吹好。並將裁剪下來的尾翼等部分黏貼上即完成（如下圖）。
   
3. 完成後即可發射，發射法可用一手持氣球火箭尾端，另一手輕拍底部即可發射。亦可利用氣球本身的彈力將氣球火箭彈出(如下圖)。
   

思考問題：

1. 試比較加上尾翼前後氣球飛行的差別。
2. 將三片尾翼折一個小角度，飛行狀況有什麼不同？

白努利定律

白努利從牛頓運動學中，能量守恆觀念：動能＋位能＝定值，推導出

白努利定律：動能＋壓力＝定值。

數學式：

P:壓力 r :液體密度 m :流速

此結果告訴我們，當液體流速減少時，壓力便會增加。

一、關於白努利的家世背景：

(1)白努利(Daniel Bernoulli)，1700年出生於荷蘭，1782年死於瑞士。

(2)其伯父、父親，兄弟均為知名的數學家，後來和白努利一起研究的知名

數學家尤拉，即是經由其伯父(Jacob Bernoulli , 1654~1705)的推薦下，由

白努利的父親(Johann Bernoulli , 1667~1748)指導下的高徒。

(3)內鬨不合睦的家族：

在白努利五歲時，舉家遷回瑞士的貝賽爾，而為了爭奪"名聲"及"教職"，

其父親與伯父交惡，而日後白努利與其父親之父子關係亦惡化了30年之

久。

二、白努利的求學過程

(1)少年熱衷數學及醫學的白努利：

白努利並非依其父的安排成為生意人，從小便對微積分充滿興趣，一直

到13歲，其父親終於認同且指導他，但他堅決的反對白努利以數學研究

為工作，後來白努利依父親的意研究醫學，但也卻難忘情於數學。

(2)21歲的白努利：

完成醫學研究的他，不僅在解剖學及植物學上佔有一席之地，且在義大

利獲得了第一個獎，並且在其好友Christian Goldbach的安排下，研究數

學運動學(Mathematical Exercises)。

三、白努利定律的由來：

(1)來自血壓的靈感：

25歲的白努利回到了瑞士，並與其父親高徒－尤拉一起研究，它們對血

流和壓力之間的關係有很大的興趣，並著手研究。

很快的，全歐洲的醫生都使用白努利的方式量病人的血壓，一直到170

年後(西元1896年)，一個義大利的醫生改良方法，一直沿用至今。

(2)由牛頓運動定律衍生出流體力學。

白努利想更進一步的研究血流和血壓，所以他又返回早期所研究的能量

守恆的工作，進而發展出白努利定律。

四、1725年 ~ 1749年：

(1)載譽回鄉，但是‧‧

從1725年到1749年，白努利在天文、重力、潮汐、磁學、海流及船在

海上的行為等方面獲得了十項獎項，而也在白努利三十歲時(1730年)便

幾乎要完成流體動力學，也很渴望回家，就在四年後，再次得獎回家時，

其父親並不接受他，因為其父親無法接受兒子的能力與他相匹敵。

(2)之後白努利雖然努力挽回父子關係，店但其父親並不領情，而且還剽竊

白努利的流體力學研究，父子關係終告破裂，白努利也將研究方向轉向

藥學及生理學，一直到1782年，死於貝塞爾(瑞士)。

五、白努利定律在生活上的應用：

(1)文氏管流量計，乃測定一液體的流速。

(2)皮氏管，乃測定一氣體的流速。

(3)動昇力，由一流體經過一物體如機翼之流動結果。

(4)火箭推力，由氣體逃脫所產生在一火箭上之力。

參考資料：

(1)Halliday/Resnick , 基本物理學 , p575~589

(2)www.kfvhs.kh.edu.tw

(3)www.history.mcs.st.andrews.ac.uk/histury/mathematicians/Bernoulli_Daniel.htm