會“懸浮”的乒乓球

七年級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，他們肯動腦、愛動口、勤動手，獲得了較為豐富的活動成果。

一、提出問題

在一次課后服務(wù)活動中，幾個同學(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)機等器材，完成了這次科學(xué)探究的過程。

二、實驗器材

家用吹風(fēng)機、乒乓球、防熱手套、防護鏡、直尺。

三、實驗過程

實驗1：甲同學(xué)將家用吹風(fēng)機的出風(fēng)口豎直向上，打開一擋（冷風(fēng)）開關(guān)。乙同學(xué)將一個乒乓球放到出風(fēng)口上方并松手。觀察乒乓球的實驗現(xiàn)象（如圖1）。

實驗2：甲同學(xué)戴上防護鏡，用一只手握住家用吹風(fēng)機，將家用吹風(fēng)機的出風(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，將一個乒乓球放到出風(fēng)口上方并松手。觀察乒乓球的實驗現(xiàn)象（如圖2）。

實驗3：甲同學(xué)戴上防護鏡，用一只手握住家用吹風(fēng)機，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。觀察乒乓球的實驗現(xiàn)象（如圖3）。

實驗4：甲同學(xué)戴上防護鏡，用一只手握住家用吹風(fēng)機，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，觀察乒乓球的實驗現(xiàn)象（如圖4）。

四、實驗結(jié)果

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

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

實驗3：家用吹風(fēng)機出風(fēng)口向右，我們觀察到乒乓球會進行逆時針轉(zhuǎn)動。

實驗4：家用吹風(fēng)機出風(fēng)口向左，我們觀察到乒乓球會進行順時針轉(zhuǎn)動。

五、實驗解釋

用家用吹風(fēng)機豎直向上吹乒乓球，乒乓球不會掉下來，是因為家用吹風(fēng)機吹出的風(fēng)會形成推力，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態(tài)變化過程中，所以它會上下跳動。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態(tài)變化過程中，于是乒乓球也會左右擺動。但是，一旦乒乓球跳出氣流，由于外圍空氣的流速慢、壓強大，它就又會被推回到氣流里。

圖1

圖2

圖3

圖4

當(dāng)家用吹風(fēng)機斜向吹風(fēng)時，乒乓球不會掉落，也不會左右擺動，是由于乒乓球上下的氣體流動速度不同，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，會產(chǎn)生一個垂直于氣流方向斜向上的力。這個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平衡的狀態(tài)中，從而形成乒乓球逆時針或順時針的轉(zhuǎn)動方式。

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。他是伯努利這個數(shù)學(xué)家族（4 代10 人）中最杰出的代表，16歲時就在巴塞爾大學(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，壓強就大；如果速度大，壓強就小。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）列車站臺上的安全線

在列車站臺上都畫有黃色安全線，這是因為列車高速駛來時，靠近列車車廂的空氣會被帶動而快速運動起來，壓強就減小，站臺上的旅客若離列車過近，旅客身體前后會出現(xiàn)明顯的壓強差，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，你絕對不可以站在離它們太近的地方，因為疾駛而過的列車（或大貨車、大巴士）對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/小時的速度前進時，會有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。這時候，通常是防守方五六個球員在球門前組成一道“人墻”，擋住進球路線。而進攻方的主罰隊員，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，眼睜睜地看著球進了大門。這就是頗為神奇的“香蕉球”。

為什么足球會在空中沿弧線飛行呢？原來，罰“香蕉球”的時候，運動員并不是用腳踢足球的中心，而是稍稍偏向一側(cè)，同時用腳背摩擦足球，使球在空氣中前進的同時還不斷地旋轉(zhuǎn)。這時，一方面空氣迎著球向后流動，另一方面，由于空氣與球之間的摩擦，球周圍的空氣又會被帶著一起旋轉(zhuǎn)。這樣，球一側(cè)空氣的流動速度加快，而另一側(cè)空氣的流動速度減慢。由于足球兩側(cè)空氣的流動速度不一樣，它們對足球所產(chǎn)生的壓強也不一樣，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

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！