《在氣流中懸浮定向自轉的浮球會失重 自轉速度越快失重越多》

南海區大瀝鎮鹽步中心小學 廣東 佛山 528247

一、實驗測試方法是根據伯努利原理來設計的,如下圖所示

實驗(1),通過把六個反光貼片貼在浮球底部使浮球上輕下重不均勻,然后把浮球放入傾斜60°的氣流中使浮球懸浮不自轉。待浮球懸浮穩定后,測量鼓風機口的風速和浮球懸浮的高和遠。

實驗(2),把六個反光貼片分上、下、前、后、左、右均勻的貼在浮球表面,然后把浮球放入傾斜60°角的氣流中使浮球懸浮定向自轉。待浮球懸浮定向自轉穩定后,測量鼓風機口的風速、浮球定向自轉的轉速數據和浮球懸浮的高和遠。

實驗(3),用實驗(2)同一個浮球,把浮球放入傾斜45°角的氣流中使浮球懸浮定向自轉。待浮球懸浮定向自轉穩定后,測量鼓風機口的風速,浮球定向自轉的轉速數據和浮球懸浮的高和遠。

三、實驗測試所用的儀器裝置和材料

1.由臺州高工電器有限公司出品的交流220V,直流6—12V功率0—60W轉速0—3600r/min交直流兩用調速鼓風機和底座支架一套。

2.由深圳聚茂源電子科技有限公司出品的標智GM816A量程為0.1—30m/s風速儀、數字風速計一部。

3.由廣州市速為電子科技有限公司出品的2.5—99999RPM(轉/分)的SW6234C激光式轉速儀一部,外加反光貼片一包。

4.直徑為11.5cm,外加貼了測轉速的六個反光貼片,質量共為8.6g的空心泡沫浮球一個。

5.直尺、角尺、量角器一套。

四、實驗測試結果如下表

實驗(1) 實驗(2) 實驗(3)浮球質量 8.6g 8.6g 8.6g氣流傾斜角度 60°角 60°角 45°角

六個反光貼片的分布集中貼在浮球底部均勻貼在浮球六個面均勻貼在浮球六個面浮球狀態 懸浮不自轉 懸浮定向自轉 懸浮加快定向自轉鼓風機口風速 16.7m/s 16.7m∕s 16.7m∕s浮球定向自轉速度數據 0 288r/min 495r/min懸浮高 12cm 13cm 15.5cm懸浮遠 11.5cm 12.5cm 29cm

五、分析和結論

1.通過實驗(1)(2)的對比測試和圖表結果的反映,兩個實驗其它條件相同,在這里浮球懸浮定向自轉才是實驗(2)比實驗(1)浮球懸浮的高、懸浮的遠的根本原因。而只有浮球在懸浮定向自轉過程中減輕了、失重了才能產生這樣的結果。所以結論就是:在氣流中懸浮定向自傳的浮球會失重。同理浮球是物體的范疇,所以做進一步推論就是:物體在氣流中懸浮定向自轉會失重。

2.通過實驗(2)(3)的對比測試和圖表結果的反映,兩個實驗其他條件相同,只是氣流傾斜角度不同造成浮球懸浮定向自轉轉速不同。而實驗(3)浮球懸浮定向自轉轉速大于實驗(2)的浮球懸浮定向自轉轉速才是實驗(3)浮球懸浮的更高、懸浮的更遠的根本原因。同理,只有浮球在懸浮定向自轉轉速加快的過程中浮球減輕的更多、失重的更多才能產生浮球懸浮的更高、更遠的結果。所以結論就是:在氣流中,浮球懸浮定向自轉轉速越快失重越多。同理做進一步推論就是:物體在氣流中懸浮定向自轉轉速越快失重越多。

3.根據上述結論,既然浮球失重是由浮球懸浮定向自轉引起的。所以進一步推論:當物體在液體中定向自轉時也會失重,定向自轉轉速越快失重越多。

六、對本論文的一些說明

1.本論文的新發現均來自于本人設計的專利號為ZL201920114930.8的,實用新型名稱為《一種具有懸浮自轉的浮球裝置》的研發過程,本人特為論文的撰寫做了進一步的實驗測試和研究論證。本論文對龍卷風能夠卷起很重的物體以及河道里的石頭上浮滾動很遠等成因有重要意義。

2.本人論證的浮球懸浮自轉的原理,如下圖所示,根據伯努利原理,浮球會在傾斜的氣流中懸浮。同時氣流在集膚效應的作用下會包裹浮球并沿著浮球表面流動。如圖箭頭所示,上部氣流沿浮球表面按箭頭方向向下流動并與地球引力方向相同而增大。下部氣流沿著浮球表面按箭頭方向向上流動并與地球引力方向相反而減小。這樣就形成了一個推動浮球按箭頭方向懸浮定向自轉的氣流,使浮球按圖中浮球上部表面箭頭方向自轉起來。