段玉佩
王安石的詩詞《元日》中寫道:“爆竹聲中一歲除,春風送暖入屠蘇……”春節過了,春天來了,春風起了。朋友,你知道這暖暖的春風是從哪里來的嗎?如今的氣象預報員可以通過雷達和電腦計算測得精確的風向,以及風向的實時變化,古時侯的聰明人呢?他們則是通過旗幡飄揚、水波微興看到風路過的痕跡,進而就知道風向了。
如果你生活在北京,正被霧霾天氣所困擾,你也一定更希望北風吹,而畏懼南風來……風向,是個亙古彌新的話題,又是個微小但又事關巨大的課題。春風不相識,何事入羅帷—你能清楚地知道這看不見的風是從哪里來的嗎?今天,我們就尋一下風的來影和去蹤吧。
實驗材料
塑料管、剪刀、硬紙板(名片亦可)、膠水(最好是乳膠)、膠帶、大頭釘、細鐵絲、水杯、帶橡皮的鉛筆、粗鹽。
實驗步驟
將吸管的一端用手指壓扁,沿著正中間的直線方向,用剪刀剪開一個2.5厘米長的縫隙。暫且將吸管放在一邊待用。
在硬紙板上畫出一個等腰梯形,這個梯形不能太大,也不宜太小。你可以嘗試做一組,大、中、小3個不同的梯形備用。
將剪好的梯形以“上底”在前的方式,插入吸管一端剪出的縫隙中。嘗試一下大、中、小三個梯形的硬紙板,看看哪個硬紙板和吸管的比例最為合適。選好最佳梯形紙板之后,用乳膠將它和縫隙牢牢地粘在一起。
用紅色(或其他你覺得醒目的顏色)的彩筆將吸管的另一端涂上顏色,讓風向看起來更醒目。
找到距梯形的“上底”大約5厘米的位置,在這里找到正中心的點,用大頭針扎進去。要保證大頭針和吸管之間的摩擦力很小,稍微用力,吸管就可以轉動。
將細鐵絲彎成英文字母N、S、E、W的形狀,它們分別代表北方、南方、東方和西方。將帶橡皮的鉛筆削好,把彎好形狀的細鐵絲靠近鉛筆有橡皮的那一端,調整好各自的方向,用
膠帶粘好、固定。
把剛才做好的風向標上半部分拿來,用大頭針的尖端扎入橡皮的正中心位置,固定好。
將水杯里裝滿粗鹽粒,用鉛筆尖的一端插入鹽堆,風向標就做好了。現在你需要做的,就是等風來了。
科學原理
為什么風向標的紅箭頭會指向風吹來的方向呢?這包含著物理學中的力學知識。風是空氣流動的現象。當流動的空氣沖擊到面積較大的梯形硬紙板上時,此處產生的力會大于面積較小的紅色吸管頭處所受到的力,為了達到平衡,風向標會發生偏轉,轉向受到空氣沖擊面最小的方向,這樣,風向標就變成了梯形紙板在后,紅色吸管頭指向風吹來方向的狀態了。
延伸拓展
人們制作的船帆是一個與風向標使用目的恰巧相反的例子。船帆不是為了“躲”風,而是為了“得到”更多的風而設計的,船帆沿著桅桿升起,水手們通過調節纜繩讓盡可能多的氣流沖擊到帆面上,以求讓船更快地前進。帆船雖然不再常見,但“一帆風順”這個詞現在仍然用來祝福朋友旅途順利,同時,人們也以“直掛云帆濟滄海”等描述來襯托宏圖大志。