希倫蒸汽機是2000多年前的古希臘人希倫發明的,利用高速噴出的蒸汽的反作用力推動機器旋轉。我們用試管、細銅管和磁鐵等簡單的材料來復制一臺希倫蒸汽機的模型,通過巧妙的設計,讓你能夠在家里用手工工具制造出會運轉的機器來。
下面是我們將要制作的希倫蒸汽機的全圖。試管的橡膠塞上通有細銅管,通過鐵釘吸在磁鐵上。試管下的固體燃料讓水沸騰,水蒸氣通過細銅管噴出,推動試管旋轉。
因為磁鐵吸引鐵釘的轉動阻力非常小,所以雖然推動力很弱,也能夠讓試管以很高的轉速旋轉。
下面是原理圖,注意細銅管的形狀,反沖力讓蒸汽機開始旋轉。
套件包含的材料有:
試管、帶孔的橡膠塞、帶孔的木板底座、細鐵絲、鐵釘、筷子、橡皮筋、細銅管、磁鐵,共9種。
需要您自備的材料和工具有:
鉗子、小刀、水性筆(或鉛筆)、打火機、金屬瓶蓋、尺子、固體燃料、線手套(可選)
制作步驟:
先來制作支架部分。
1、用鉗子或者小刀把一根筷子細的一端切斷一部分,讓它與木板一樣長;
2、用尺子量出30厘米長的細鐵絲,用鉗子夾斷。把細鐵絲繞在筷子的中間部位。上面制作的是支架的橫梁;
3、把兩根筷子頭分別插進木板兩端的小孔里。如果筷子太粗,就用小刀略微修整一下,如果孔太大,就墊一點兒紙片;
4、用橡皮筋把橫梁綁在立柱上;
5、把磁鐵吸在橫梁正中的細鐵絲上;
到這里,支架部分就制作完成了。
再來制作橡膠塞那一部分。
1、取一根細銅管,用尺子從左向右量出3厘米長,用水性筆(或鉛筆)做標記;
2、右手拿鉗子輕輕夾在標記的位置,鉗子左邊留出3厘米長的細銅管;
3、左手捏住銅管最左端,慢慢向上彎折,直到銅管垂直;
4、注意彎出的是這種緩緩的90度角,因為如果彎得太急,會堵塞銅管;
5、在銅管另一端,從右到左用直尺量出0.5厘米的長度,用筆做標記;
6、右手用鉗子輕輕捏住標記的位置,左手慢慢把其余的銅管向上彎折;
7、同樣也是得到緩緩的90度彎角;
8、做2個這種銅管,完成后對比一下,差距較大的地方可以適當修整,讓它們兩個基本一樣;
9、要把彎曲好的兩根銅管和一根鐵釘插進橡膠塞的小孔里;
10、銅管插進橡膠塞之后要用嘴吹一下,看看是否被堵塞了;
到這里橡膠塞那一部分就制作完成了。
下面開始組裝希倫蒸汽機。
1、試管裝1/3的清水,塞緊橡膠塞,把鐵釘尖端吸在磁鐵上。
調整磁鐵的水平,鐵釘的角度,達到用手輕輕一轉試管,它就能穩定地自己旋轉很多圈的狀態。
2、量出30厘米長的細鐵絲,用鉗子夾斷。鐵絲正中打個活結,留出一個圓環;
3、鐵絲圓環套在試管中間位置,略大于試管直徑,兩端分別纏在立柱上;
鐵絲環不要與試管有接觸,它的作用是防止試管脫落后掉在桌面上摔碎。
試管正下方放一個金屬瓶蓋,這個希倫蒸汽機就組裝完成了。
點火運行希倫蒸汽機。
用小刀切較大的一塊固體燃料,放在金屬瓶蓋上,調整橫梁的高度,讓試管底部接近固體燃料,用打火機點火,待試管內的水劇烈沸騰之后,就有蒸汽從細銅管兩端噴出,慢慢試管開始旋轉起來。
如果你不喝酒,可以從喝酒的人或者大排檔處弄來很多啤酒瓶蓋。也可以用易拉罐的底部,蛋撻的錫紙盒,或者其它小的金屬容器來裝燃料。
關于燃料的說明:
1、建議使用這種固體酒精塊燃料,一般的雜貨店都有賣,吃火鍋用的,1、2元錢一塊;
2、試管下的酒精塊必須足夠大,火焰足夠猛,讓試管內的水劇烈沸騰,水蒸氣從細銅管噴出,發出“嘶嘶”的響聲,才能推動試管旋轉。你制作的希倫蒸汽機不能運轉,很大的可能就是火不夠大。
3、也可以用棉球或者手紙團,澆上液體酒精做燃料。但是使用液體酒精必須按照實驗室操作規程,有家長跟我反應,他的孩子用瓶子直接向燃燒的棉球上倒酒精的,這樣有可能造成爆炸事故!所以我們不建議使用液體酒精,除非您有專業資質。
4、不適合用蠟燭做燃料,因為蠟燭會把試管熏黑,讓你看不到里面水的沸騰情況;
危險警告:
燙傷警告!銅管噴出的蒸汽非常燙,所以請穿長袖衣服操作!燃燒后的金屬瓶蓋和試管都非常燙,請不要直接用手接觸。試管內的水快要燒干的時候,可以用鉗子拿開瓶蓋,并戴線手套。
火災警告:請按照建議安全使用燃料,要熄滅瓶蓋內的燃料時,先用鉗子把它拿到石頭或金屬平面上,用杯子倒扣住,等燃料完全熄滅后再做處理。
割傷警告:輕拿輕放玻璃試管,防止破裂,向試管內塞橡膠塞時不要過分用力,以免撐破試管。如試管破裂,請小心處理碎玻璃,避免割傷。
強磁警告:我們使用的是高強度磁鐵,請遠離大塊鐵制物品,避免磁鐵被吸引的時候夾傷手指;遠離磁卡、手表、相機等會被磁性損壞的設備。
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