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287.物理與童玩18-4吳虹霆
2009/02/28 11:08
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遊戲是最好的學習方式,在生活中也有很多童玩運用到物理學中的流體力學,像風箏早在三國時代就已經出現,在當時是用來載人勘查敵情的紙鳶;竹蜻蜓也是老祖先的生活智慧,中國晉朝時就有的童玩,後來還透過貿易傳入歐洲;而迴力鏢也是早期澳洲土著就已經運用於打獵和戰鬥,它們都是在白努利定律還沒提出之前就存在人類的生活中呢!可見物理與生活是息息相關的,但我們卻常忽略了它們。我之所以會對流體力學產生興趣是因為去年暑假參加了台大機械系舉辦的飛機營,對飛機飛行所運用的白努利原理有了初步的認識,也對流體力學如何應用於科學童玩產生了興趣。同時,也突發奇想地思考--能不能不應用白努利原理使物體起飛?

   
飛機的翅膀不是上下對稱的(如圖一),那飛機怎麼飛呢?白努利定律提到流速愈快的空氣壓力愈小;流速愈慢的空氣則壓力愈大,因此要讓物體藉著流體產生升力,就要將物體設計成上方路徑較長、下方路徑較短,如此一來流體要在同一時間到達定位,上方就要流速較快、而壓力小,被下方的上壓力抬升。

   
仔細觀察會發現風箏、竹蜻蜓和迴力鏢的構造都和機翼如出一轍,風箏迎風的時候,箏面會被撐起,形成上凸下平的弧面;竹蜻蜓雖然沒有弧面,但卻往上彎曲,因此讓上方路徑長,又被施力旋轉就飛起來啦!而迴力鏢其實就像是一個被彎曲過的機翼,構造也是上凸下平喔!這些童玩都巧妙地體現了白努利定律,或者更正確地說,是白努利把古人寓於童玩中的科學智慧,用一個簡單的定理就具體的闡述清楚了!

   
有沒有可能不利用流體的力量就使物體飛行?!大家都知道,物體會被吸在地球上,是因為「重力」,根據中央研究院余海禮先生(2002年)的看法,大自然中有四種力,依強度由大而小排列為:電磁力、強力、弱力和重力,重力因為會在各種維度間穿梭,而被稀釋掉了,讓生活在三維空間的我們偵測到重力時,它已軟弱無力了。若照推論重力是由重力子組成的,目前為止雖還找不到重力子,但曾數度搜尋到它的軌跡,如果能利用一顆重力子去推論它們在其他維度的空間裡是怎麼發散、稀釋的話,我們就可能可以利用人工的方法,模仿重力子在其他維度淡化的模式,製作「重力子發散機」這種引擎,將它裝在物體上,把物體下的重力子發散至無,物體沒有了重力就會起飛,而且又不用跑道,只要加上前進用的引擎、和轉向舵,就應該能不利用白努利定律而能飛行囉!

   
流體的力本來就存在這個世界,而白努利則將它建構成一套可以運用於生活中的原理,帶給人類科技極大的進展,也使人們生活更便利;而重力也早就存在宇宙中,如果能研發出重力子引擎的話,那未來的世界一定與現在的世界有天壤之別,真值得我們期待和研究!

 

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