全國中小學科展

飛 ㄉㄢˋ 、 飛 蛋 -----古代飄浮蛋解密之一

科展類別
全國中小學科展
屆次
第44屆--民國93年
科別
物理科
學校名稱
臺中市立育英國民中學
指導老師
蔡明致、林美君
作者
洪敬鈞、曾名鉉、張凱維、蔡侑均
關鍵字
浮力、反作用力

摘要或動機

Discovery 頻道報導:早在西元前2 世紀,漢代淮南王劉安的《淮南子‧外篇‧萬畢術》就有「艾火令雞子飛」的記載,注:「取雞子,去其汁,燃艾火,內(納)空卵中,疾風因舉之飛。」去年(92 年)的國小科展作品證實 Discovery 頻道的報導有誤,空蛋殼用線香的熱氣浮力是飄不起來的。但是「……疾風因舉之飛。」這句話讓我們想到:利用熱氣球的熱氣浮力並不能造成「疾風」;而水火箭或是火藥的噴射「疾風」,也就是作用力與反作用力原理,應可以造成蛋殼的噴射。經過我們的研究結果發現:一、 燃燒產生熱氣的浮力,連蛋膜都無法漂浮,更不用說使蛋殼飛起來。甚至高溫還會使得蛋膜焦黑萎縮。可見熱氣球原理無法使用。二、 利用自製小型密閉水火箭的噴射原理,測試要使6 公克的蛋殼噴射,至少要1.92 個大氣壓才能射高2 公分。但是蛋殼灌氣加壓至1.28 個大氣壓起,就有可能會爆裂,更不可能彈射近一人身高的高度。三、 為避免壓力過高造成蛋殼爆裂,接著我們改用火藥噴射原理。發現:1. 噴射口如果大於 1.2 公分則噴氣力量分散,無法噴射起飛。2. 火藥量若超過 0.4 公克,所產生的氣壓會造成蛋殼爆裂。而單純利用火藥噴射,就如同發射空的水火箭,大都噴射不到10 公分高。3. 若加入砂子一起噴射,則0.36 克的火藥量以及1.5 克的砂子並在噴射口塞上0.03 克的棉花,所產生的反作用力及噴射效果最佳,蛋殼彈升的最高紀錄曾數次達1 公尺以上的噴射高度,而且砂子在蛋殼底部維持重心,更容易造成垂直的起落。由本實驗結果推論:古書中所敘述的「取雞子,去其汁,燃艾火,……疾風因舉之飛。」應是最早的火箭原理的應用,而非應用熱氣球原理的開創者。本實驗設計正是提供學生引起動機學習牛第三運動定律的最佳探究教材,是「作用力與反作用力」的最佳實驗例證,值得推廣!也證明古代中國科學文明的昌盛!


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