國立中央大學物理演示實驗 NCU Physics Demonstration Lab

白努利大力士

用力向一片平板吹氣,不但不會將板子「吹走」,板子還會向你靠近?可能嗎?

目的

演示流體因流速變化造成壓力差的現象(白努利定律),並探討壓力差形成的升力有多大。

實驗

  1. 實驗的主體架構是兩片圓形平板,氣流由平板中間流過,觀察下方板子(底盤)因為壓力差所形成的升力大小。
  2. 將砝碼秤重後吊掛至白努利大力士的底盤。
  3. 打開送風機將空氣經由導管吹向底盤。
  4. 重複上述動作,觀察氣體流動時的底盤負重狀況。

實驗演示

×實驗演示

原理思考

為什麼向底盤吹氣,反而使底盤及砝碼被吸起?而且負重可達1.5公斤?

原理探究

×原理探究

依據白努利定律,流體的流速v、 密度ρ、高度h、 壓力P 之間須滿足以下之關係:

p+\frac{1}{2}\rho \nu^2+\rho gh=p+\frac{1}{2}\rho \nu^2+\rho gh

在本系統中,因高度相同(即h=h)、且v=0,所以當兩平板內氣體流速變大時,氣體流過區域的壓力會降低(小於一大氣壓)。此時,因週邊的空氣氣壓大於器壁內,故將底盤向上吸起。

討論

生活中有哪些類似的現象可用此原理解釋?

討論探究

×討論探究

颱風時風吹過屋頂時屋頂會被掀起;兩艘船開得太靠近時會相吸的現象均是。

參考資料

  1. C. Waltham, S. Bendall, and A. Kotlicki, "Bernoulli levitation," Am. J. Phys. 71, 176 (2003).
  2. Halliday/Resnick/Walker, "Foundamentals of Physics", 6th ed., Addison Wesley, 2001, U.S.A., Ch15.

製作

v.1李亞宸、杜宗勳

材料

  1. 演示使用之送風機為市售吸塵器,並將排氣端當送風裝置即可。
  2. 教具本體用壓克力加工製成。

指導老師

朱慶琪

撰稿

v.1杜宗勳、朱慶琪