台中縣第四十二屆科展作品說明書

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1、台中縣第四十二屆科展作品說明書組別:國中組科別:物理作品名稱:倒水的藝術學校:台中縣立清泉國中作者:高志豪、林家祥、李蕙萍、王銘階指導老師:王尊信、王俊智編號:第1頁台中縣第四十二屆科展物理組倒水的藝術本作品榮獲佳作壹、實驗動機每年一度的媽祖進香時，隔壁鄰居為了招待香客紛紛煮大量的食物，就在仔細觀察他們烹煮的過程中，他們必須不斷的倒沙拉油或醬油。我仔細觀察他們倒油的過程中，發現有些人倒的又快又穩，有的人則是不但倒的慢，而且還容易灑出來!這激起了我的好奇心，到底有沒有什麼方法可以使各種不同容器內的液體倒的最快，而且最不易濺出，因此我和同學們向老師請教以後，

2、就開始逐步地開始了我們這次對於”倒水的藝術”的研究!貳、實驗目的以各種不同的倒水方式將容器內的水倒出，紀錄將水倒完所需時間、仔細觀察氣泡產生的情況並探討其中可能包含的意義，最後歸納出使用各種容器時，最佳的倒水策略!參、實驗器材各種大小形狀的寶特瓶或玻璃瓶、馬錶、水桶肆、實驗步驟與結果實驗A.破壞性與非破壞性1.動機:在觀察倒水或油的過程中，我們發現當我們容許破壞容器時，在容器的頂部鑽孔時，倒完水所需時間遠小於不鑽孔，因此我們想找出鑽孔數目對於所需時間是否有相關性。2.實驗設計:利用相同容量的寶特瓶(因為方便觀察與得到容易，我們先選擇容積皆為600CC)，

3、在寶特瓶頂部鑽半徑相同但數目不相同的孔，分別倒水並計時，觀察倒完水所需時間與水流情形。3.實驗結果:寶特瓶體積600CC(以下測量時間皆以秒為單位)第2頁鑽孔數第1次第2次第3次第4次第5次平均(鑽5孔)1.181.341.151.371.211.25(鑽4孔)1.261.091.421.41.481.33(鑽3孔)1.291.241.181.211.21.224未鑽孔6.937.117.017.476.987.14.初步分析與後續實驗設計:a.當鑽孔數目增加時，所需時間並未明顯減少，因此我們推論可能原因為當鑽孔的孔徑夠大時，增加鑽孔數目並不能使倒完水的

4、時間有顯著的減少。b.由於鑽孔後瓶內外氣體壓力皆為一大氣壓，因此瓶中的水僅受到重力以及部分瓶面的正向力，因此倒完水所需時間(平均1.22~1.3秒)遠小於未鑽孔的(7.1秒)。然而在許多場合，並不容許容器的任意破壞，例如玻璃製成的醬油瓶或金屬作成的罐頭，因此我們將後續的研究方向集中於非破壞性的倒水方法。實驗B.不同驅動外力1.動機:由於我們將研究焦點集中在非破壞性，因此我們想到是否利用上下或左右搖晃來減少倒水所需時間，並找出其可能相關的意義。2.實驗設計:由於將寶特瓶中的水倒出所需的時間牽涉到瓶內外壓力差，因此我們在實驗A中發現愈快速流完的瓶子，它的水流

5、情形愈順暢，氣泡上升的速度也應該愈快愈好，因此我們想利用比較垂直倒入、擠壓、垂直旋轉、上下搖晃、左右搖晃與傾斜倒入等情形來探討。3.實驗結果:寶特瓶體積600CC搖晃方式第1次第2次第3次第4次第5次平均擠壓2.612.42.892.632.522.61垂直倒入8.768.267.658.318.228.24旋轉7.166.586.516.716.566.704上下搖動9.299.149.79.359.529.4傾斜倒入7.237.87.327.457.527.4644.初步分析與後續實驗設計:a.我們由數據中明顯發現當我們用力擠壓瓶身時，所需時間平均為

6、2.61秒明顯小於其他搖晃方式，但是如此反覆擠壓的結果將導致瓶身的損壞，也應該列入破壞型，因此我們在後續實驗中並不將這類操作方式列入。b.我們以垂直倒入當作基準時發現上下搖動時，由於造成氣泡流動的速度遭到干擾，因此使氣泡流動更加不流暢，相對的也使時間加長，效果反而不好!c.在其餘兩種方式中:傾斜倒入與在水平面旋轉時，皆有助於水流的流暢性，然而對於傾斜程度我們仍有疑問與爭議，有人認為應該直一點水的重第3頁量比較能使水較快速的流下來，有人則認為斜一點比較便於氣泡的流動，因此我們決定利用較大一點的瓶子(時間相差可以放大)先做傾斜倒入的實驗以便決定後續實驗時傾斜

7、倒入的角度依據。實驗C.不同角度的傾斜倒入1.動機:利用1500CC的瓶子作傾斜不同角度的測量。2.實驗設計:由於時間相差不多，因此基於實驗的誤差考量，我們僅就角度=0度、45度與90度並分別作5次實驗來測量平均時間以玆比較。3.實驗結果:寶特瓶體積1500CC角度10∘45∘90∘時間30.54(秒)22.43(秒)27.43(秒)4.初步分析與後續實驗設計:a.水平(0度)的雖然比較容易使氣泡進入但是相對地卻也使水的重力發揮不了作用，而垂直(90度)的雖然容易使水順利流下，但是同時也造成氣泡的流動失去了流暢性，因此二者結果相差不多，所以我們在後續實驗

8、中的傾斜角度一律以45度作為基準。b.我們由上數實驗結果發現水流光所需時間的兩大