國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

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水到渠成

大寶特瓶流光光,小寶特瓶吃飽飽,為什麼呢?

※器材:大、小寶特瓶各一個、瓶蓋、吸管、熱熔槍

操作過程與現象

1.取大、小寶特瓶各一個,建議小寶特瓶的直徑比大寶特瓶直徑至少要小0.5公分以上。如圖一。

2.將大寶特瓶的瓶底切掉約四分之一,如圖二。

3.將大寶特瓶的瓶蓋中央挖洞,以便插入吸管,如圖三。孔洞不要挖太大,能夠插入吸管即可。注意圖三吸管的上端,長度等於小寶特瓶的高度。最後以熱熔槍填補瓶蓋與吸管之間的縫隙,避免漏氣。

4.將瓶蓋與吸管插入大寶特瓶中,並旋轉緊密就完成囉!

 

玩法與現象如下:

1.將水倒入大寶特瓶中,要倒滿,讓水的高度淹過瓶子內的吸管,如圖五。水會從吸管一直流出來,直到瓶子內水位降低到與吸管同高,如圖六。

2.將小寶特瓶口部朝下,放大寶特瓶中(吸管要插入小寶特瓶中),如圖七,結果小寶特瓶會自動的慢慢沉入大寶特瓶底部。

3.當小寶特瓶沉到最底部後,吸管又開始流出水了!如圖八,有趣的是:大寶特瓶的水位會一直降低,而小寶特瓶的水位都沒有變化,幾乎保持滿水位。

注意:如果小寶特瓶沉到最底部後,水不會自動流出來,可以輕輕壓一下大寶特瓶(不必用力壓),水就會流出水了。

4.最後大寶特瓶的水流光光,小寶特瓶的水裝滿滿!

      

觀看實驗影片(34.0M) 

原理

本實驗的原理與「九龍杯」以及「虹吸鐘」(魚菜共生常用的裝置)相似(見參考資料1、2),都是利用「虹吸作用」,只是玩法不同。過程與原理依照圖十的順序說明如下:

1.一開始大寶特瓶瓶子內的水,水位和吸管的高度一樣。放入小寶特瓶後,小寶特瓶內的空氣經由吸管流出去(黑色箭頭),小寶特瓶則因為本身的重量而往下沉。

2.小寶特瓶沉到底部後,吸管上端幾乎接觸到小寶特瓶底部,這時只要有水流進吸管(或是輕輕壓一下大寶特瓶幫助水流進吸管),就可以開始虹吸作用了。

3.虹吸作用的過程:小寶特瓶內的水流出來à瓶內氣壓小於一大氣壓à瓶子外的大氣壓力將大寶特瓶的水壓進小寶特瓶à小寶特瓶的水繼續流出去。此過程一直反覆到大寶特瓶的水流光光為止。  

叮嚀的話

1.本實驗使用的吸管,建議使用直徑約0.6公分的吸管。如果吸管太小,水容易阻塞在吸管中(表面張力),會妨礙空氣與水的流通。如果吸管太大,則水不容易填滿吸管,空氣就容易滲進去,會干擾虹吸作用。

2.實驗到了圖九的最後步驟,有時會發生空氣由吸管跑進去小寶特瓶的情形(吸管太大時更容易發生),這時小寶特瓶的水會一直流回到大寶特瓶,最後大、小寶特瓶的水位一樣高。

3.本實驗相當適合設計為「探究教學」:觀察以下實驗變因對於寶特瓶中的水位變化有何影響?實驗變因包括:(1)吸管的大小不同;(2)吸管的長度不同;(3)小寶特瓶的尺寸不同…等等。

參考資料

1.楊清富、鄭安秀(2016)。魚菜共生系統原理與方法。行政院農業委員會臺南區農業改良場。

2.黃彥傑、陳明孝(2014)。魚水相逢--草魚、小白菜共生可行性之研究。中華民國第54屆中小學科學展覽會(高職組農業及生物科技科)。

3. Toys from Trash. Empty bottle siphon. http://www.arvindguptatoys.com/toys/Emptybottlesiphon.html