NTCU科學遊戲Lab：浮空飛輪

國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

科學遊戲實驗室　　　回首頁　

浮空飛輪

懸浮在空中旋轉的奇妙飛輪！

※器材：氣球、可出風吸塵器、雙面膠、保麗龍球、吹風機、縫衣針(線)、膠帶

※操作步驟與現象：

一、氣球飛輪

本實驗的發想是版主由YouTube看到的影片（參考資料1），影片中利用吹風機器，讓一大圈銜接的氣球懸浮在空中，並且快速旋轉，相當有趣。版主嘗試這個實驗，成功的做出相同效果氣球飛輪。製作過程如下：

1.先準備具有「出風（吹氣）」功能的吸塵器一台。

2.取11吋氣球，並灌飽氣（八分滿即可），並將氣球頭部打結。

3.二顆相鄰的氣球以雙面膠互相黏貼固定（如圖一）。

4.總計黏貼20顆氣球，成為一個大圈圈（如圖二）。注意：氣球的數量要依吸塵器的風量大小調整；風量越大，氣球的顆數可以越多。

5.將吸塵器的吹風口綁在椅子，吹口朝上並略微傾斜（圖三左紅色圈），再打開開關，開始吹氣。

6.將氣球圈圈拿起來，靠近吹氣口，氣球圈就會快速的旋轉起來，而且懸浮著不會掉下來喔！試驗成功之後，可以讓小朋友排隊一個接一個跳過氣球圈。

上述操作中，氣球應該使用幾顆，只能以嘗試錯誤來決定。原則是：如果氣球圈圈被吹得太高（例如超過一個人身高），就是太輕了，不容易穩定旋轉，那就要再加氣球。如果氣球無法懸空，一直碰到地面，那就是太重，再減少氣球。

二、保麗龍球飛輪

以氣球製作的浮空飛輪，體積較大，教室的桌椅都要挪開，比較不適合空間不大的教室。版主試驗以小的保麗龍球代替氣球，並以一般的吹風機送風，也可以成功的製作出浮空飛輪喔！

1.取直徑約三公分的保麗龍球，以縫衣針（線）刺穿保麗龍球串接起來（如圖四）。保麗龍球的數目要配合吹風機的風力大小，風力越小，能承受的重量就越輕，保麗龍球的數量就要減少。

2.保麗龍球串接好之後，將縫衣線打結綁好，完成後如圖五。

3.一般吹風機的吹口太大，要以膠帶黏貼，使出風口寬約二公分，缺口形狀儘量要接近圓形（如圖六）。

4.吹風機開「冷風」，垂直朝上吹氣，然後將保麗龍球圈圈放在氣流的上方，就會浮空旋轉囉！如圖七，旋轉時宛如一個白色甜甜圈。

※原理：

首先來觀察一個有趣的現象，如圖八；將乒乓球垂直懸吊著，然後接觸水龍頭的水流，自來水經過乒乓球的凸面後，水流往右邊方向偏斜了！而且乒乓球被水流吸引住，成為傾斜懸吊。

上述流體（水流或氣流）會離開本來流動方向的現象，稱為「康達效應（Coanda effect）」，也稱為「附壁作用」（流體會附著在凸出的管壁流動）。這是由於流體流經凸的曲面時，流速加快而導致流體吸附在曲面上流動。這種吸附作用顯示水流與凸面之間有吸引力，所以導致圖八的乒乓球會被水流吸住。

本實驗吸塵器或吹風機的氣流，通過保麗龍球的凸面，同樣產生附壁作用，使保麗龍球被吸引在氣流中（如圖九）。另一方面，由於氣流往上流動，提供了往上的作用力，因此可以支撐氣球或保麗龍球往下的重量，而產生懸空的現象。

最後，版主使用5吋小氣球製作飛輪，發現也可以成功的以吹風機產生浮空旋轉的現象！如圖十。

※叮嚀的話：

1.以操作的成功率而言，吹風機（保麗龍球或小氣球）的難度較高，而吸塵器（大氣球）較容易成功但是成本比較高。因此使用吹風機的操作，適合國小高年級以上的學生；而吸塵器（大氣球）適合教師製作好之後，讓小朋友玩跳圈圈遊戲。

2.氣球專賣店有售頭尾可以直接打結連接的氣球，不必使用雙面膠黏貼，讀者可以嘗試使用來製作氣球飛輪，缺點是成本更高。

3.無論以大小氣球、保麗龍球來製作飛輪，務必讓飛輪儘量成為「圓形」（每顆球與圓心的距離都相等），如果飛輪的曲面不平均或者成為橢圓，會嚴重影響旋轉的順暢性！

4.在教學上，可指導學生進行以下實驗與探究：(1)使用吹風機，以「乒乓球」製作飛輪，是否也可以成功的產生浮空旋轉？(2)飛輪是否一定要使用氣球、保麗龍球的「球形」物體？方形或圓柱形也可以成功嗎？(3)改變吹風機吹風口的口徑大小（以膠帶黏貼封住），研究吹風口大小對於保麗龍球的浮空旋轉影響為何？

※參考資料：