國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

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噗噗船

利用喝完的鋁箔罐可以製作有趣的噗噗船喔!

提醒:本遊戲必須由大人陪伴才可以進行

器材:鋁箔罐、可彎曲小吸管、蠟燭、黏著劑(AB膠或強力膠)、塑膠瓦楞板、細銅管、瓶蓋
操作過程

  這是被稱為「噗噗船」(popo boat)的科學玩具,因為前進時會發出「噗噗噗」的聲音,製作過程如下。

1.取一空的鋁箔罐,以美工刀將鋁箔罐的頭尾切下來(頭尾約1.5公分寬),並將瓶身剪開,成為一片的鋁箔。(如圖一)

注意:鋁箔罐切割後很尖銳,注意不要被割傷!

2.將瓶身鋁箔片對摺,如圖二,再以剪刀剪為長約11公分、寬約3.5公分。並將上下寬約0.5公分往中央對摺,成為只有一個開口的封閉容器(11公分x2.5公分),再用木板或鐵鎚將上下兩側壓緊固定(註:以上尺寸可以容許±0.5公分),然後將摺疊的兩側塗上AB膠封閉黏緊。

注意:鋁箔片如經反覆的彎摺,很容易斷裂,因此對摺之後,避免再張開。

3.取二根可彎曲小吸管,由較短的一邊一起插入(如圖三),並以AB膠填充吸管周圍的縫隙。同時將吸管彎摺約30度(如圖四),並在彎摺處也塗上AB膠以固定形狀,靜待半小時乾燥固定。圖四即為一個簡單的「蒸氣馬達」,當為噗噗船前進的發動機。

4.以塑膠瓦楞板剪裁為船形,並在接近船頭的中央挖一小洞,如圖五;將圖四成品的吸管穿過小洞,固定在船底(吸管要露出船尾)。最後將圖一中剪下來鋁箔罐的底部,固定在船尾,當為蠟燭的承載台。

5.完成了噗噗船的製作之後,放進水盆中,試驗噗噗船是否能保持平衡?如果尾重頭輕,可在頭部黏上一些迴紋針,或是在船尾貼上一些保麗龍。必須特別注意的是;船尾的吸管一定要保持在水面以下。

  依上述步驟製作完成後,就可以開始玩囉!在點燃蠟燭發動噗噗船之前,首先必須先將圖四的「蒸氣馬達」裝滿水,方法可用吸管或水管將水倒入吸管內,並搖晃一下讓水能進入整個容器內。確定裝滿水後,將噗噗船尾端的吸管按著,避免水流出來,再將噗噗船放在水面上。最後將蠟燭點燃,約一分鐘左右噗噗船就會啟航啦!

觀看實驗影片(1.5M)

原理

  點燃蠟燭之後,火焰加熱噗噗船的鋁箔蒸氣室裡的水,使水蒸發成水蒸氣,由於液態水蒸發成氣態水蒸氣,體積變大超過一千倍,所以會由往吸管衝出去。而水蒸氣跑出去之後,會使蒸氣室內的壓力變小而將水吸進蒸氣室,水受熱再度成為水蒸氣推動噗噗船,如此反覆進行就會使噗噗船前進了。

叮嚀的話

1.由於本遊戲用到蠟燭並點火,因此不可以讓小朋友自行操作,必須由大人陪伴才可以進行。

2.點燃蠟燭之前,蒸氣室有沒有裝滿水,是很重要的步驟。如果沒有成功或是噗噗船動一下停一下,可以先把水倒出來再裝一次。若還是不成功,可能結構上沒有完全密封,找出沒封好的地方,再用黏著劑封好。

3.將吸管插入鋁箔蒸氣室時,建議吸管插進去至少三分之二深度,另一方面要注意將吸管插進去時,不要太用力以免把蒸氣室撐破。

4.在教學上,建議可以指導學生進行以下活動或討論。(1)試著做出不同造型的船,但是由於推動的力量有限,船體不可太重。(2)薄而輕的鋁箔片有彈性,如果使用不具彈性的材質製作蒸氣室,效果會有差別嗎?答:效果會較差,甚至無法成功。

延伸的科學遊戲

  利用將水加熱後產生動力的另一種設計如圖六,其運動方式不是前進,而是一直旋轉的「轉不停燭台」。製作方法如下:

1.取一細銅管(內徑0.3公分),彎曲為螺旋狀,並讓銅管兩側保持平行直立。

2.取一瓶蓋,在邊緣兩側挖出二個洞,將銅管二端插入,並伸出洞口約2~3公分,然後將申出洞口的銅管彎摺為一上一下(方向相反,如圖七)。最後以熱熔膠或強力膠將洞口縫隙填滿,以免漏水。

3.配合銅管的高度,將蠟燭切短,讓燭芯在螺旋銅管的略下方(如圖八)。然後放到水面上,查看能否平穩的浮在水面,如果有歪斜的現象,可用一小段吸管,以膠帶封口後,黏貼在瓶蓋底部(吃水較深的一側)。注意:瓶蓋底部的銅管必須全部浸泡在水面以下。

4.製作完成就可開始實驗了。首先以滴管將水灌入銅管內,此過程必須確認銅管內裝滿水,沒有殘留空氣。而裝水的過程,建議蠟燭先拿出來,避免浸濕而無法點燃。最後點燃蠟燭,約十秒左右就可以快速的旋轉了。

觀看實驗影片(0.8M)

  「轉不停燭台」的原理是蠟燭加熱後,銅管內的水溫度上升,順著螺旋狀銅管產生對流,熱水流出去,冷水補充進來,藉由水的流動推動燭台的旋轉。如果將燭台的形狀設計為船型,也可以改變為前進的運動,但是由於水的對流產生的動力比較小,因此前進運動的效果沒有轉動效果的明顯。

  製作上較困難的是細銅管的取得,一般五金店並沒有販售細的銅管,通常內徑都太大(建議0.5公分以下)。銅管太粗,重量增加,轉動的效果就會降低。購買細銅管,建議可以上網以「細銅管」為關鍵字搜尋,可以找到販售的廠商。另一方面,在彎曲銅管成為螺旋狀時,建議以酒精燈加熱,使銅管軟化後再彎摺,避免因為彎摺而使得銅管閉合,無法造成水的流動。

參考資料

1. Science toy maker: (1) http://www.sciencetoymaker.org

(2) http://www.sciencetoymaker.org/boat/images/enginePatternJan09.PDF

(3) http://www.sciencetoymaker.org/boat/images/foamPatternJan08.PDF

2. Youtube 影片: http://www.youtube.com/watch?v=Jvp62IruQwY

3. 巴哈姆特網站: http://forum.gamer.com.tw/C.php?bsn=60433&snA=2158