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协和那些课 | 没有“动手”的STEM课是没有灵魂的!
2022-12-09

都说“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”。在协和的STEM实验室里,素来奉行的就是“能动手就别动口”,让我们一起进入Experiment Time吧!


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01实验:泡沫起舞

把塑料管插进泡沫小球堆中,然后快速旋转甩动塑料管的另一端。转速拉起来的时候,泡沫小球竟然被甩了出来!Why?


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02实验:乒乓炮弹

为什么乒乓球可以脱离地心引力的拥抱,向上升起并被发射到远方呢?


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03实验:煽风点火

明明是对着一支蜡烛吹气,为什么反而被隔壁的蜡烛点燃了呢?


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04实验:吸管画家


将吸管插入颜料小杯中,再在吸管的一头吹气,这样就能在纸上作画了?


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05实验:危险的靠近

向贴了图钉、并排悬挂的2个气球中间吹气,气球的命运将会如何呢?


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经过一轮趣味小实验的“洗礼”,同学们都愉快并好奇着,脑袋上打满了大大的问号——这些与我们预期截然不同的实验结果到底是怎么回事呢?


原来是神奇的“伯努利原理”作用其中,下面进入Will老师的解惑时间~

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Bernoulli's Theorem

伯努利原理

丹尼尔·伯努利于1738年提出了“伯努利原理”:在一个流体系统,比如气流、水流中,流速越快,流体产生的压强就越小。


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这就是为什么5个小实验会呈现出各自的结果:

实验一:由于塑料管甩动的一段空气流速快,压强变小,管子另一端还是正常的大气压强,在两端压力差的作用下,就出现了轻质泡沫小球飞舞的现象了。

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实验二:当鼓风机改变了管口空气流速后,产生的压力差就会把乒乓球推上来。其作用原理跟我们平时用的喷水壶颇为相似。


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实验三:当我们向着蜡烛灯芯吹气时,隔壁蜡烛的火焰被大气压推向了一侧,继而点燃了旁边的蜡烛。


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实验四:这个装置的设计是不是和乒乓炮弹的装置有异曲同工之妙?同理,我们吹气的时候,颜料就会在大气压和吹气气流的共同作用下,撒到纸面上~


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实验五:同学们观察到了当我们往气球中间吹气时,气球并没有向两侧飞起——即吹气导致了气球中间的气流速度变快,压强变小;而气球两侧的正常大气压不变,就把气球向中间挤压了。


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其实,实验五并没有成功。可能是因为气球的质量太轻、空气阻力等各种因素,两只贴了图钉的气球相撞后并没有扎破彼此,反而被轻易的弹开了。不过成功和失败都是我们在科学实验探索中必然会经历的,有过失败才会让成功的果实显得更甜美可贵~




在真实世界中

学以致用

Will老师的STEM课堂从来不会仅止步于实验和原理本身。协和一直奉行着“生活即教育”,注重建构起课堂知识与真实世界的联系。那么今天学习的伯努利原理在我们的现实生活中又有哪些应用呢?Will老师用三个问题,引领同学们将刚刚get的新知识学以致用:


  • 为什么车站站台有有一条黄线?

  • 为什么飞机可以起飞?

  • 足球场上的“香蕉球”又是怎么诞生的?


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在学习了伯努利原理后,同学们是不是已经有了答案?结合精心挑选的动画演示片段,快来听听Will老师给出的解析吧~


车站站台的黄线其实是一条安全警戒线。因为当列车高速驶来时,靠近列车车厢的空气被带动而快速运动起来,压强减小,站台上的乘客若离列车过近,乘客身体前后会出现明显的压强差,身体后面较大的压力会把乘客推向列车,造成安全隐患。

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* 有人测定过,在火车以每小时50公里的速度前进时,竟有8公斤左右的力从身后把人推向火车。学习了伯努利原理后,相信同学们等地铁时再也不敢跨过那条黄线了吧?



飞机为什么能够飞上天?因为机翼受到了向上的升力。飞机飞行时,机翼周围空气的流线分布因为机翼横截面的形状差异,上下是不对称。机翼上方的流线密,流速大;下方的流线疏,流速小。这样的压力差作用在机翼上就产生了向上的升力。


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足球比赛中的香蕉球(弧线球)之所以可以绕过防守的“人墙”,拐着弯地射入球门,这是因为罚“香蕉球”的时候,运动员并不是把脚踢中足球的中心,而是稍偏向一侧,同时用脚背摩擦足球,使球在空气中前进的同时还不断地旋转。旋转导致球一侧空气的流动速度加快,而另一侧空气的流动速度减慢,在压力差的作用下,神奇的香蕉球就出现啦!


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好啦,今天的STEM课就到这里

期待下一次

我们一起“动手”

畅游奇妙的科学世界