畢業好難對不隊

展演模組名稱(實驗名稱)：空氣砲

團隊成員：饒閎維、劉逸飛、呂政樺、廖麒閔、蘇一烜、許智皓

班級：機械系 一乙

普通物理授課老師：楊展其

儀器說明

煙霧製造機主要由控制電路、油泵和發熱塊組成。

首先，給煙霧製造機接上電源，然後透過控制電路替發熱塊加熱，並確保油泵沒有電源供電，（如果此時給油泵接電，那我們控制油泵時，因發熱塊溫度不夠，所以噴出來煙油）當發熱塊的溫度達到預定溫度時（可以將煙油氣化的溫度），控制板就停止給發熱塊加熱，轉給油泵供電，如此我們控制油泵輸油經過發熱塊時，就會看到煙霧製造機噴出煙來。

從後方拉動空氣砲之彈力繩，擴大空氣砲之腔室，放開彈性繩，導致彈性繩迅速收縮，帶動塑膠布使腔室一同迅速收縮，根據伯努力定律在流體密度、重力加速度及離地高度皆相同的情況下，體積改變影響壓力大小，進而使被推出空氣砲之空氣快速前進，加上流體黏滯性與康達效應，留住煙霧造出圓形煙圈。

伯努力定律

展演流程

實驗演示影片照片

> 關主儀器操作展示（空氣砲方形開口、圓形開口，猜出來煙是什麼形狀）

> 空氣砲現象與「原理說明」

> 給他們儀器（空氣砲）操作

> 介紹推廣原理之生活應用（包括大眾對白努力定律的誤解）

> 民眾自製小型空氣砲

> 憤怒鳥挑戰賽

原理說明

主要：伯努力定律

伯努利原理（英語：Bernoulli's principle），是流體力學中的一個定律，由瑞士流體物理學家丹尼爾·伯努利於1738年出版他的理論《Hydrodynamica》，描述流體沿著一條穩定、非黏性、不可壓縮的流線移動行為。

伯努利定律可以從能量守恆定律來推演。穩定的直線水流流向的所有點上，流體機械能總和必定相同。也就是說，動能()，位能(mgh)，與內能的總和保持不變。換言之，流體速度增加，即代表動態壓力和單位體積動能的增加，而在同時會導致其靜態壓力，單位體積流體的位能、內能等三者總和的減少。

定理假設

使用伯努利定律必須符合以下假設，方可使用；如沒完全符合以下假設，所求的解也是近似值。

‧定常流動（或稱穩定流，Steady flow）：在流動系統中，流體在任何一點之性質不隨時間改變。

‧不可壓縮流（Incompressible flow）：密度為常數，在流體為氣體適用於馬赫數 M小於0.3的情況。

‧無摩擦流（Frictionsless flow）：摩擦效應可忽略，忽略黏滯性效應。

‧流體沿著流線流動（Flow along a streamline）：流體元素沿著流線⽽流動，流線間彼此不相交。

本次實驗的空氣砲，因為流體密度、重力加速度、離地高度皆可視為不變，拉動空氣砲後端的彈力繩與塑膠布，放開後因體積快速壓縮導致壓力劇烈改變，進而改變其中空氣運動速度，導致煙在離開空氣砲時可以快速噴出。有趣的是，無論空氣砲的開口為何形狀，噴出來的煙圈皆為圓形，由於空氣事實上為摩擦流，不能忽略黏滯效應，而其圓形煙圈便是流體黏滯性與康達效應的展現，接下來為大家介紹流體黏滯性及康達效應。

配搭：流體黏滯與康達效應

黏滯力是流體受到剪應力變形或拉伸應力時所產生的阻力。在日常生活方面，黏滯像是「黏稠度」或「流體內的摩擦力」。因此，水是「稀薄」的，具有較低的黏滯力，而蜂蜜是「濃稠」的，具有較高的黏滯力。簡單地說，黏滯力越低（黏滯係數低）的流體，流動性越佳。黏滯力是粘性液體內部的一種流動阻力，並可能被認為是流體自身的摩擦。

空氣砲藉由吹出流體造成渦漩來達成，而這種機制稱為康達效應(Coanda Effect)，或稱為附壁作用。這是當流體與它流過的物體表面之間存在著表面摩擦時，流體的流速會減慢，而這就是水在河流中央的流速為什麼會比岸邊的流速快之原因。此效應造成流體離開本來的流動方向而隨着物體表面流動。左圖說明了從孔洞中心所流出的煙之速率最大，而經由孔洞邊緣的煙流則因流體黏滯力較大而流速減慢。因此周圍的空氣就會形成不斷環繞的漩渦，這種漩渦就能包住煙霧，進行長距離輸送而不至於煙消霧散。

生活應用

伯努力定理釋疑（康達效應）：

飛機飛行原理並不適用伯努力定理，而棒球（變化球）、吹風機使乒乓球飛起也是同樣不適用，氣流因碰觸到物體而被一分為二，所以違反伯努力定理中所描述一條穩定、非黏性、不可壓縮的流線移動行為，而使其能漂浮之原理，應為流體黏滯性所造成之康達效應（流體沿通過物體之表面流動）。

伯努力定理應用：

漆彈噴射原理

左方的氣瓶儲存高壓液化二氧化碳，藉由釋放時，液化二氧化碳瞬間氣化體積劇烈膨脹，壓縮導氣管中之氣體，由伯努力定理得知二氧化碳氣體速度增加，推動導氣管中原有氣體，造成之巨大推力，將漆彈強力推出。