會(huì)“懸浮”的乒乓球

七年級(jí)4班的四十多名同學(xué)大部分都參加了學(xué)校課后服務(wù)組建的各種興趣活動(dòng)小組，如攝影小組、繪畫小組、跳繩小組、科學(xué)影像小組、乒乓球小組、棋類小組等，他們肯動(dòng)腦、愛動(dòng)口、勤動(dòng)手，獲得了較為豐富的活動(dòng)成果。

一、提出問題

在一次課后服務(wù)活動(dòng)中，幾個(gè)同學(xué)圍在一起打乒乓球，一位同學(xué)把球打過去，剛好一陣風(fēng)吹來，使乒乓球改變了方向，造成另一位同學(xué)沒有接住球而輸了比賽。同學(xué)們對(duì)此現(xiàn)象產(chǎn)生了好奇，他們找到了我們教師，于是在我們的指導(dǎo)下，同學(xué)們使用家用吹風(fēng)機(jī)等器材，完成了這次科學(xué)探究的過程。

二、實(shí)驗(yàn)器材

家用吹風(fēng)機(jī)、乒乓球、防熱手套、防護(hù)鏡、直尺。

三、實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)1：甲同學(xué)將家用吹風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口豎直向上，打開一擋（冷風(fēng)）開關(guān)。乙同學(xué)將一個(gè)乒乓球放到出風(fēng)口上方并松手。觀察乒乓球的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（如圖1）。

實(shí)驗(yàn)2：甲同學(xué)戴上防護(hù)鏡，用一只手握住家用吹風(fēng)機(jī)，將家用吹風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口豎直向上，打開二擋（熱風(fēng)）開關(guān)。乙同學(xué)戴上防熱手套，將一個(gè)乒乓球放到出風(fēng)口上方并松手。觀察乒乓球的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（如圖2）。

實(shí)驗(yàn)3：甲同學(xué)戴上防護(hù)鏡，用一只手握住家用吹風(fēng)機(jī)，打開二擋（熱風(fēng)）開關(guān)，出風(fēng)口豎直向上。乙同學(xué)戴上防熱手套，將一個(gè)乒乓球放到出風(fēng)口上方，然后松開手。甲同學(xué)緩慢將出風(fēng)口向右移動(dòng)。觀察乒乓球的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（如圖3）。

實(shí)驗(yàn)4：甲同學(xué)戴上防護(hù)鏡，用一只手握住家用吹風(fēng)機(jī)，打開二擋（熱風(fēng)）開關(guān)，出風(fēng)口豎直向上。乙同學(xué)戴上防熱手套，將一個(gè)乒乓球放到出風(fēng)口上方，然后松開手。甲同學(xué)緩慢將出風(fēng)口向左移動(dòng)，觀察乒乓球的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（如圖4）。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)1：我們可以觀察到乒乓球懸浮在空中上下跳動(dòng)并左右擺動(dòng)。用直尺測量，乒乓球上下跳動(dòng)的距離范圍在出風(fēng)口上方5 cm左右。

實(shí)驗(yàn)2：我們可以觀察到乒乓球懸浮在空中上下跳動(dòng)并左右擺動(dòng)。用直尺測量，乒乓球上下跳動(dòng)的距離范圍在出風(fēng)口上方15 cm～25 cm。

實(shí)驗(yàn)3：家用吹風(fēng)機(jī)出風(fēng)口向右，我們觀察到乒乓球會(huì)進(jìn)行逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)4：家用吹風(fēng)機(jī)出風(fēng)口向左，我們觀察到乒乓球會(huì)進(jìn)行順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

五、實(shí)驗(yàn)解釋

用家用吹風(fēng)機(jī)豎直向上吹乒乓球，乒乓球不會(huì)掉下來，是因?yàn)榧矣么碉L(fēng)機(jī)吹出的風(fēng)會(huì)形成推力，不斷地將乒乓球往上推。但由于風(fēng)的推力不停地發(fā)生變化，因此乒乓球在豎直方向上的受力情況處在一種動(dòng)態(tài)變化過程中，所以它會(huì)上下跳動(dòng)。同樣，由于乒乓球左、右兩側(cè)的氣流速度不穩(wěn)定，空氣流速較快的地方氣壓較小，而空氣流速較慢的地方氣壓較大，因此乒乓球在水平方向上的受力情況也處在一種動(dòng)態(tài)變化過程中，于是乒乓球也會(huì)左右擺動(dòng)。但是，一旦乒乓球跳出氣流，由于外圍空氣的流速慢、壓強(qiáng)大，它就又會(huì)被推回到氣流里。

圖1

圖2

圖3

圖4

當(dāng)家用吹風(fēng)機(jī)斜向吹風(fēng)時(shí)，乒乓球不會(huì)掉落，也不會(huì)左右擺動(dòng)，是由于乒乓球上下的氣體流動(dòng)速度不同，它上方的氣體流速加快，而下方的氣體流速減慢，根據(jù)伯努利原理，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直于氣流方向斜向上的力。這個(gè)力加上沿著氣流方向斜向上的推力，以及向下的重力，使得各方面的力量保持在了一個(gè)平衡的狀態(tài)中，從而形成乒乓球逆時(shí)針或順時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)方式。

六、拓展延伸

1.關(guān)于丹尼爾·伯努利

丹尼爾·伯努利（Daniel Bernoulli，1700 年～1782 年），瑞士物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、醫(yī)學(xué)家。他是伯努利這個(gè)數(shù)學(xué)家族（4 代10 人）中最杰出的代表，16歲時(shí)就在巴塞爾大學(xué)攻讀哲學(xué)與邏輯，后獲得哲學(xué)碩士學(xué)位；17至20歲又學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)，于1721年獲醫(yī)學(xué)碩士學(xué)位，成為外科名醫(yī)并擔(dān)任過解剖學(xué)教授；但在父兄熏陶下最后仍轉(zhuǎn)到數(shù)理科學(xué)。伯努利成功的領(lǐng)域很廣，除流體動(dòng)力學(xué)這一主要領(lǐng)域外，還有天文測量、引力、行星的不規(guī)則軌道、磁學(xué)、海洋、潮汐等。

丹尼爾·伯努利在1726年首先提出：在水流或氣流里，如果速度小，壓強(qiáng)就大；如果速度大，壓強(qiáng)就小。我們稱之為“伯努利原理”。

2.伯努利原理的應(yīng)用舉例

圖5

（1）列車站臺(tái)上的安全線

在列車站臺(tái)上都畫有黃色安全線，這是因?yàn)榱熊嚫咚亳倎頃r(shí)，靠近列車車廂的空氣會(huì)被帶動(dòng)而快速運(yùn)動(dòng)起來，壓強(qiáng)就減小，站臺(tái)上的旅客若離列車過近，旅客身體前后會(huì)出現(xiàn)明顯的壓強(qiáng)差，身體后面較大的壓力將把旅客推向列車而受到傷害。所以，當(dāng)列車（或大貨車、大巴士）飛速駛來時(shí)，你絕對(duì)不可以站在離它們太近的地方，因?yàn)榧柴偠^的列車（或大貨車、大巴士）對(duì)站在它旁邊的人有一股很大的吸引力。有人曾經(jīng)測量過，當(dāng)火車以50 千米/小時(shí)的速度前進(jìn)時(shí)，會(huì)有8 千克左右的力從身后把人推向火車。

（2）香蕉球（弧線球）

如果你經(jīng)常觀看足球比賽的話，一定見過罰前場直接任意球。這時(shí)候，通常是防守方五六個(gè)球員在球門前組成一道“人墻”，擋住進(jìn)球路線。而進(jìn)攻方的主罰隊(duì)員，起腳一記勁射，球繞過了“人墻”，眼看要偏離球門飛出，卻又沿弧線拐過彎來直入球門，讓守門員措手不及，眼睜睜地看著球進(jìn)了大門。這就是頗為神奇的“香蕉球”。

為什么足球會(huì)在空中沿弧線飛行呢？原來，罰“香蕉球”的時(shí)候，運(yùn)動(dòng)員并不是用腳踢足球的中心，而是稍稍偏向一側(cè)，同時(shí)用腳背摩擦足球，使球在空氣中前進(jìn)的同時(shí)還不斷地旋轉(zhuǎn)。這時(shí)，一方面空氣迎著球向后流動(dòng)，另一方面，由于空氣與球之間的摩擦，球周圍的空氣又會(huì)被帶著一起旋轉(zhuǎn)。這樣，球一側(cè)空氣的流動(dòng)速度加快，而另一側(cè)空氣的流動(dòng)速度減慢。由于足球兩側(cè)空氣的流動(dòng)速度不一樣，它們對(duì)足球所產(chǎn)生的壓強(qiáng)也不一樣，于是，足球在空氣壓力的作用下，被迫向空氣流速大的一側(cè)轉(zhuǎn)彎了（如圖5）。

七、收獲與體會(huì)

太有意思啦！同學(xué)們一邊玩乒乓球一邊弄懂了“伯努利原理”。在這次探究活動(dòng)過程中，同學(xué)們明白了：日常生活中的許多奇妙的現(xiàn)象，都是有一定科學(xué)依據(jù)的，只要大家留心觀察、多思、愛問、勤做，就一定能找出現(xiàn)象中的科學(xué)奧秘，創(chuàng)造更美好的生活！