如何做一个笛卡尔潜水员(make a cartesian diver)

笛卡尔潜水员是有趣的小装置,令人难以置信的娱乐和困惑。基本上,它们利用气体和压力的特性“神奇地”使一个小重量下沉笛卡尔潜水员是以法国著名科学家、数学家和哲学家勒内·笛卡尔的名字命名的。...

方法1方法1/3:制作潜水员

  1. 1个干净的空2升(0.5美制加仑)苏打水瓶。这将是潜水员潜入的“海洋”。不管外面是什么,只要里面是干净的。
  2. Image titled Make a Cartesian Diver Step 1
  3. 2将瓶子完全注满,使其几乎溢出。你需要尽可能多的水。
  4. Image titled Make a Cartesian Diver Step 2
  5. 3潜水员使用滴管,或使用家用物品制作自己的滴管。滴管是一种天然的笛卡尔潜水员。你所需要做的就是用大约14{\displaystyle{\frac{1}{4}的水填满它。然而,在紧要关头,你可以为潜水员提供其他不需要注满水的选择:找到一个笔帽,一个没有孔的笔帽。在底部周围放一块豌豆大小的粘土,木棍从盖子上脱落。让盖子底部的开口不受限制。将弯曲的吸管在弯曲处下方2-3英寸处切成两半。在你的双手之间滚动一些粘土,做成一条与你的稻草一样宽的蛇。将粘土上的东西放在吸管的一端,使其停止,然后将其余部分缠绕在吸管的另一侧,使其保持U形,弯曲在顶部。袋装番茄酱或酱油也能起作用,未开封的迷你糖果也能起作用,比如牛奶。为了检查食物是否有效,首先将它们放在一碗水中。它们几乎不应该漂浮。
  6. Image titled Make a Cartesian Diver Step 3{\frac {1}{4}}
  7. 4.将潜水员放在瓶子里,并将瓶盖紧紧密封。记住,你希望水位接近瓶口,这样瓶子里就不会有太多空气。
  8. Image titled Make a Cartesian Diver Step 4
  9. 5用力挤压瓶子,使潜水员下降。如果你挤压瓶子的侧面,潜水员应该会垂向底部。试着找到让它停留在一个地方所需的压力。你也可以试着通过尽可能轻柔地挤压来欺骗你的朋友,所以看起来你是在施魔法。
  10. Image titled Make a Cartesian Diver Step 5
  11. 6.如果潜水员不工作,就开枪。将潜水员放入一个正常的碗中。它应该仅仅漂浮在水面上,气泡(滴管顶部、吸管弯曲处等)刚好在水面上方。确保为自制潜水员密封底部,并在滴管中加入少量水以获得适当的平衡。
  12. Image titled Make a Cartesian Diver Step 6

方法2方法2/3:了解潜水员

  1. 1思考密度,解释为什么“神奇”潜水员一开始会漂浮。笛卡尔潜水员是蕾妮·笛卡尔为了解释气体的性质而发明的。但只有当你记得密度是如何工作的时候,它才有意义。简而言之,只有密度低于水的物体才会浮在水中。空气的密度要低得多,所以你的空气潜水员从顶部开始。密度基本上就是每平方英寸物体的重量。例如,一个装满羽毛的盒子比同样装满金属的盒子要轻得多。因为它们大小相同,但重量不同,所以你会说金属盒的“密度”要大得多
  2. Image titled Make a Cartesian Diver Step 7
  3. 2挤压瓶子时增加密度。当你挤压瓶子时,水一点也不漏。但是它所在的区域变小了,所以它将附近的气泡挤在一起,将它们压缩成更小的空气包。但这就像把睡袋挤在一起——它变小了,但重量还是一样。因此,空气变得更加稠密。
  4. Image titled Make a Cartesian Diver Step 8
  5. 3观察潜水员体内密度更大的空气导致其下沉。充分挤压瓶子,最终,潜水员体内的空气变得非常小,比周围的水密度更大。这会导致潜水员下沉,因为它的密度太大,无法保持漂浮。
  6. Image titled Make a Cartesian Diver Step 9
  7. 4思考潜水员的实际应用。与之明显相似的是戴着重金属带的潜水者,他们戴着重金属带帮助自己下沉。但它们也有“浮力补偿器”,它们可以用小袋子装满来自油箱的低密度氧气,帮助它们再次浮出水面。潜艇有压载舱,压载舱中装满水,以帮助潜水。当他们需要上升时,空气被泵入,将水推出,将潜艇带回地面。
  8. Image titled Make a Cartesian Diver Step 10

方法3方法3/3:进一步推进实验

  1. 1使用盐水并预测是否会发生变化。你的滴管需要更多的水吗?让潜水员下降需要更多的压力吗?提前预测会发生什么。然后做两个瓶子,比较一下。提示:盐水的密度比淡水高。
  2. Image titled Make a Cartesian Diver Step 11
  3. 2.不要一路灌满瓶子,然后再次测试。在瓶子顶部留些空气,然后再喷一次。你能拿出多少钱让潜水员继续工作?任何一半没有一个首先利用你对潜水员的了解做出预测。提示:当你挤压瓶子时,你在压缩一切,而不仅仅是潜水员体内的空气。
  4. Image titled Make a Cartesian Diver Step 12
  5. 3.尝试不同大小的瓶子。用一小杯1升的个人苏打水,然后用一加仑的水罐试一试。为了让潜水员工作,你需要用力挤压吗?提示:与小型金属弹簧相比,压缩大型金属弹簧更容易还是更难?
  6. Image titled Make a Cartesian Diver Step 13
  7. 4.尝试改变水温。如果你用冷水会怎么样?热的呢?确保它不太热,不会融化塑料,但把它放在冰箱里一小时或微波一分钟左右就可以了。提示:温暖的水比凉爽的水密度低。
  8. Image titled Make a Cartesian Diver Step 14
  • 你可以使用任何可挤压、可密封的塑料容器进行实验。
  • 如果潜水员不工作,就和他玩一玩。确保密封良好。
  • 发表于 2022-04-13 18:34
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  • 分类:教育

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