國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

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簡易吸管幫浦

材料簡單,製作簡易的吸水幫浦

※器材:塑膠滴管、吸管(兩種粗細)、鋼珠(直徑略小於吸管)、膠帶、熱熔槍

操作過程與現象

本實驗以吸管製作簡易的幫浦,可以將水抽出來,而且可以噴很遠喔!如圖1,將製作好的吸管幫浦插入水中,再上下抽動上端的吸管,滑動幾次之後,水就開始被抽起來,從上方開口一直噴出來。

本裝置的基本結構如圖2,上下二支吸管的底部都有小鋼珠以及凹槽做成的活瓣,可以控制水的流通方向。

 

 「簡易吸管幫浦」的製作方法如下:

1.取兩根不同直徑的吸管(直徑的差異不能太大),細吸管可以插入粗的吸管中,如圖3。

2.為了減少吸管之間的縫隙,在細吸管的底部黏貼膠帶,以避免漏氣,如圖4。黏貼時,膠帶要很平順的一圈一圈的黏貼,避免凹凸不平。每次黏貼二、三圈之後,要試驗一下,如果還有縫隙,就繼續黏貼膠帶,一直到細吸管與粗吸管之間的縫隙可以降到最低,又可以平順的來回滑動。

 

3.取二支塑膠滴管,剪下如圖5左的A段與B段。A段當為噴水口,以熱溶膠黏貼固定在細吸管的上端。B段為凹槽(需要二個),分別以熱溶膠黏貼固定在粗、細二支吸管的底部,如圖6。圖6黏好的凹槽,要注意週圍要密封,而中央的孔洞則要保持暢通。

4.二根吸管中分別放入一顆小鋼珠,小鋼珠直徑要略小於細吸管,但是要大於凹槽中央的孔洞。最後將細吸管插入粗吸管中,如圖5右。

5.完成以上製作,就可以開始玩囉!將粗吸管底部插入水中,如圖1,再握住上端的細吸管反覆的上下抽拉,水就會被吸起來噴出去,相當有趣。

        

觀看實驗影片(36.3M) 

原理

一般的抽水幫浦都是利用大氣壓力將水抽出來,本實驗也不例外。運作過程如圖7所示,說明如下:

1.一開始上端的細吸管往上拉(粗吸管保持不動),上方的鋼珠因為本身重量以及反作用力而塞住孔洞(重力朝下、吸管朝上運動)。下方吸管內的體積變大、氣壓降低,吸管外部的大氣壓力將水壓入下方的粗吸管中(水流會推開下方的小鋼珠形成通道)。

2.接著細吸管往下壓時,下方的小鋼珠因為重力以及水壓,堵住了孔洞,水無法流出去。而上方的小鋼珠因為慣性以及水壓而被推開,使得水流入上方的細吸管中。

3.細吸管再往上拉,如同第1步驟,大氣壓力再度將水壓入下方的粗吸管中,水位繼續增加。

4.細吸管再往下壓,如同第2步驟,水流入上方細吸管中。

5.反覆以上步驟,水就從噴水口一直流出來囉!

整體的運作過程可歸納為:當上方的吸管往上拉時,水流入下方吸管中(上面小鋼珠封住、下面小鋼珠打開)。當上方的吸管往下壓時,水流入上方吸管中(上面小鋼珠打開、下面小鋼珠封住)

 

叮嚀的話

1.當為噴水口的A段,只是為了讓水噴得更遠(因為口部縮小),不是必然需要的部件。

2.二支吸管的直徑差異避免相差太多,以免細吸管要纏繞的膠帶圈數過多,增加製作的困難度。

3.以熱熔膠黏貼凹槽是比較困難的部分,除了要避免熱溶膠沾黏在吸管上,造成吸管滑動不順暢。也要避免凹槽上殘留熱溶膠,使得小鋼珠無法與凹槽密合以堵住洞口,造成抽水效果大幅降低。

4.本實驗的製作適合國小高年級以上,在教學上建議可以指導學生進行以下的活動:(1)製作完成後,比賽誰的幫浦可以將水噴得最遠?(2)比賽三分鐘內誰抽出最多的水?(3)準備數個標靶,比賽誰最快將所有標靶全部射倒?(4)準備不同粗細的吸管與鋼珠,比賽最短時間內製作出可以將水噴一公尺遠的幫浦?

參考資料

1. Toys from Trash. Two straws water pump.  http://www.arvindguptatoys.com/toys/two%20straws%20pump.html

2.YouTube影片. Two straw pump.https://www.youtube.com/watch?v=JoO8bAhcoH4