一中 成大分部

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。

發煙油、蠟燭、各種大小杯子、氣球皮、盛水容器、紙箱、滴管、水、墨水、玉米粉

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

> 吹熄蠟燭（或紙杯滑車）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(1/2mv^2)，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。

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）：

由上圖可知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，圖（一）至圖（三）中清楚看見，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），其效應如下圖與圖（四）所示。直得一提的是，變化球之所以會改變方向，更涉及旋轉所造成的馬格努斯效應。

圖（四）之旋轉物體之所以能在縱向產生力的作用，從物理角度分析，是由於物體旋轉可以帶動周圍流體旋轉，使得物體一側的流體速度增加，另一側流體速度減小。球體下方呈現的流線較密（代表球體下⽅有較多流線(流體)經過、流速較快），這表示球體下半部壓力較小，在達成瞬間力平衡狀態下，這時我們發現球會產生一股向下的馬格納斯力(Magnus force)，使球逐漸往下偏移。

參考資料

大學普物課本第12章

https://en.wikipedia.org/wiki/Bernoulli%27s_principle

https://en.wikipedia.org/wiki/Coandă_effect#Discovery

http://psroc.org.tw/Bimonth/article_detail_acc.php?classify=c4&cid=20

https://www.youtube.com/watch?v=uuU-Y3nVhv0&feature=youtu.be

http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/viewtopic.php?topic=27868

http://amasci.com/wing/smring.html

http://phy.tw/科學實驗/item/150-item-title

https://www.masters.tw/37321/水中氣泡圈

https://zh.wikipedia.org/wiki/黏度

http://www.ledinside.com.tw/b2b/product/view/656

https://www.ettoday.net/news/20111112/6540.htm

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%A9%AC%E6%A0%BC%E5%8A%AA%E6%96%AF%E6%95%88%E5%BA%94

http://twbsball.dils.tku.edu.tw/wiki/index.php/%E7%90%83%E7%A8%AE%E4%BB%8B%E7%B4%B9