動起來!自製鋁罐希倫引擎探討

專題名稱動起來!自製鋁罐希倫引擎探討

專題描述西元一世紀前後，埃及數學家希倫，提出直接利用水蒸汽的反作用力來推動的始祖蒸汽機，稱為希倫蒸汽機。
自己設計實驗希望達到的目標:
一、設計簡易版希倫引擎(使用鋁罐)
二、探討影響希倫引擎運轉效率的因素
三、探討希倫引擎中熱能轉動能的比率
四、洞數的多寡對轉速轉速產收的影響
五、洞高對於轉動時穩定度的影響

隊伍名稱自強萬歲

指導老師徐彥哲　郭千睿

參賽學生張沁筠　　　

序號	檔案	內容	上傳者
2		作者普通高級中學課程物理學科中心楊士模老師來源 http://physical.tcfsh.tc.edu.tw/upload/files/20131118154343.pdf 描述利用水沸騰時所產生的蒸氣，推動試管旋轉，並觀察作用力與反作用力的關係。	張沁筠
1		作者周鑑恆來源 http://www.sec.ntnu.edu.tw/Monthly/96(296-305)/297-pdf/04.pdf 描述希倫蒸汽機	張沁筠

序號	內容說明	上傳者
5	類別相簿集名稱鋁罐處理說明將扣環凹成直角，以便懸掛。	張沁筠
4	類別相簿集名稱鋁罐做標記說明將洞數和洞高以奇異筆標示在罐身。	張沁筠
3	類別相簿集名稱供熱計算說明分別用100g和200g的水加熱，求更精準數據。	張沁筠
2	類別相簿集名稱裝置圖說明手繪的設計圖以及裝置完成照片。	張沁筠
1	類別相簿集名稱實驗器材說明各種飲料的罐子以及最後選用的舒跑鋁罐。	張沁筠

序號	內容	上傳者
10	作者張沁筠標題實驗結果（最佳鋁罐）內容經過這麼多次實驗下來，比較各種鋁罐旋轉的數據，發現舒跑的鋁罐是所有罐子中，性能最穩定的，所以接下來控制變因採用鋁罐，做不同的洞高和洞數，進一步探討影響希倫引擎旋轉效能的因素。	張沁筠
9	作者張沁筠標題實驗六（旋轉穩定度觀察）內容罐子的外型有比較瘦長的，也有比較矮胖的，在實驗過程中，我觀察到比較瘦長的罐子，在燃燒時會不平衡、一直晃來晃去，相對不穩定；反之，比較矮胖的罐子，在旋轉時，可以平衡且較穩定。	張沁筠
8	作者張沁筠標題實驗小發現內容由於在實驗過程使用了各種飲料的罐子，燃燒過程中會產生許多奇妙的味道。有一次在燒豆漿罐子的時候，竟聞到類似米飯的味道，害得我肚子都餓了！還有一次在燒咖啡罐的時候，整間實驗室充滿咖啡香，讓大家提神了不少呢！	張沁筠
7	作者張沁筠標題實驗趣聞內容在做實驗的過程中，因為要用到很多罐子，所以買了很多飲料，這些飲料倒出來後就成了同學們的下午茶，一開始就像同樂會一樣，大家都喝得很開心，但是到後來大家都喝到怕了，所以我都拿著飲料追著他們跑。也感謝實驗過程中所有幫我喝飲料的同學們啊！	張沁筠
6	作者張沁筠標題實驗四（鐵罐）內容採買回來的飲料罐，有一些像是咖啡類的是鐵罐，我發現鐵罐質地比較硬，質量也比較重，在燃燒時採用跟之前燒鋁罐時用ㄧ樣大的火，但發現鐵罐轉不起來，和老師討論過後，猜測原因可能是鐵罐太重了，在一定限度地供熱下，無法使其旋轉。	張沁筠
5	作者張沁筠標題實驗三（各種鋁罐）內容採買回來的飲料罐，大部分是鋁罐，但外型跟大小都有不同，就連罐身的凹凸曲線也不一樣，在經過反覆的實驗之後，也可以發現這些鋁罐運轉效能都不同。	張沁筠
4	作者張沁筠標題實驗二（供熱器材）內容在實驗過程需要加熱，一開始使用酒精燈，但在加熱過程中發現，酒精燈的火焰會一直受風力干擾，所以效果不好，後來老師建議使用本生燈，改用後，熱源變的穩定，操作各項變因時，也更不會有誤差。	張沁筠
3	作者張沁筠標題實驗一（鋁罐開孔）內容要做希倫引擎，首先就是要將鋁罐開孔。因為只能從出氣孔讓飲料慢慢流出來，有點耗時，所以採取多個鋁罐同時進行，趁這個時候我也剛好可以架設實驗器材，同時我也觀察到有氣的飲料，可以比較快速的把液體排完，反觀像舒跑這類無氣體的飲料，就只能等它慢慢滴完。	張沁筠
2	作者張沁筠標題蒐集資料內容由主題來查詢各相關資料，我實地走了一趟圖書館尋找是否有相關書籍，也到了書店挖寶，最方便最快的還是上網查資料了，訊息很多也很雜，如何從中找到自己要的資訊，也是需要一一過濾審核呢！	張沁筠
1	作者張沁筠標題超市採購內容為了挑選進行實驗時所需的罐子，實地到了超市採買各式飲料，因為不確定哪種罐子適用，所以買了鐵罐與鋁罐等不同的飲料，趁這機會買到許多平常不常喝的飲料呢! 迫不急待能趕快做實驗。	張沁筠

序號	簡介（摘要）	上傳者
5	書名 3小時讀通基礎物理：力學篇作者桑子研出版社世茂簡介（摘要）力學不難，日本高中物理名師教你三步驟解題！【等加速度運動】懂得作圖，就會解題。彈簧力、摩擦力，【牛頓三大運動定律】，用四色筆畫出所有分力，進入【能量守恆】作功的世界！【補充】壓力、浮力、力矩平衡，實測日本大學考題，不再害怕高中物理，一本融會貫通！導讀　　普遍的學生都覺得物理很難，但本書指出物理非常的簡單直接，且物理不僅不難，還很有趣。　　　　　當學了物理，就會了解自然定律。天氣預報，手機，電腦，電視，汽車，飛機，我們身邊一切事物都與物理有關。物理甚至能幫助我們探索遙遠宇宙的秘密。學習物理，世界將更加寬闊。　　　　　　　物理非常的簡單，有趣，實用。但遺憾的是，許多人光看到算式便渾身過敏。因此本書以問題解法為主，整理出物理學重點，讓讀者能體會物理有多簡單。只要使用神奇的三步驟解法，任何人都能解出大學學測考題。只要能解，物理自然就有趣。	張沁筠
4	書名 3小時讀通牛頓力學作者小峯龍男出版社世茂簡介（摘要）書中提到: 向量、三角函數、慣性定律、運動方程式、作用力與反作用力、動量與衝量、力矩、能量守恆……等，學習牛頓力學，最頭痛的問題！從溜滑梯探討斜面運動，從腳踏車探討圓周運動，打棒球認識動量，拖行李了解摩擦力，電梯上升下降使體重忽重忽輕，單擺的力學能守恆可怕的滑輪問題…… 日常生活中的牛頓力學無所不在，會畫力學圖，就會解題！導讀　　本書以物理學的入門「牛頓力學」為主題，為此特別繪製了容易閱讀的插圖，所以能快速先將全文從頭到尾快速讀過一遍。力學涵蓋各種不同的領域。在本書中，將以小學至高中的理科或物理課程中所涵蓋的「力」、「能量」、「運動」等基本觀念為主。也就是稱為牛頓力學、古典力學的範疇。　　　　　　日常生活與力學之間有著密不可分的關係。在學校裡學習力學的時間並不充足，大多都以解題結束課程。因此，想必對於一些人來說，力學就維持在似懂非懂的狀態，留下的只是艱深的印象。將搬運腳踏車、搬運行李等日常生活中常接觸的現象簡化，作為力學的模型，在本書中可見作者書寫的用心。讀完之後能感到力學其實也不是這麼困難！	張沁筠
3	書名圖解有趣的生活物理學：零概念也能樂在其中的99個實用物理知識作者川村康文出版社台灣東販簡介（摘要）學習物理的敲門磚，讓不擅長物理的你也能一秒樂在其中對日常生活也超有幫助！書中提到：　　離心力　　支點、施力點、抗力點　　重力　　槓桿原理　　無人機與遙控飛機的差別　　電力的瞬間傳送　　變化球與蝴蝶球　　慣性定律　　「相對論」、「量子力學」是什麼東西？　　為什麼地球會自轉？　　要是太陽消失了，世界會變成什麼樣子？　　什麼是黑洞？　　瞬間移動有可能實現嗎？　　宇宙的開端為何？　　「暗物質」是什麼？　　物體可以冷卻到什麼程度？　　「超音波」是怎麼樣的聲音？…諸如此類。 ★圖文解說，最易懂、好吸收的物理知識。 ★日本知名理科教授專門為「想認識物理」的族群打造的圖書！ ★一本詳解生活中的物理學與物理科技。導讀　　本書用最淺顯易懂的圖文搭配，講解奧妙的物理理論，透過作者淵博的物理知識，講解現代人最需要知道的物理與科技的關係，不論文組出身、初學者還是二次學習者都能讀懂、並且喜歡上物理的一本書。　　　　　本書可以成為大部分讀者通曉「物理」的契機，書中極力避免使用困難的算式，透過盡可能平易近人的文章來介紹物理的精髓。由於圖解採用柔和的插畫來呈現，因此就算單純只看插畫或圖表也能盡情享受本書的內容。可藉由這本書來重新學習物理，進而體會物理的樂趣。	張沁筠
2	書名改變人類命運的科學家們【之一】：從哥白尼到牛頓，地球依然在轉動作者金載勳出版社啟動文化簡介（摘要）　　承先啟後，繼往開來，人類的智慧不斷累積，造就今日的我們。理科人跟文科人都可輕鬆閱讀的經典。　　　　《改變人類命運的科學家們》系列共三冊，結合知識、文本、插圖與機智幽默的對話，深入淺出解說科學家故事及科學原理，介紹科學史上50個經典場面，52名重要科學家。　　　　　　　　　　　　從哥白尼到牛頓，地球依然在轉動；古希臘哲學家亞里斯多德集大成的知識，成為影響後世兩千年的重要世界觀，其中包含地球是宇宙中心的「地心說」。16世紀時哥白尼對此提出質疑，開啟了科學革命的序幕，歷經主張日心說的伽利略，到18世紀牛頓樹立古典力學規則。這些科學家們，身處宗教凌駕一切學問之上的年代，依然堅守信念，探討解釋世界的根本原理的求知精神，催生了「科學」的誕生。　　　　　本集收錄：亞里斯多德、德謨克利特、哥白尼、第谷、克卜勒、吉爾伯特、伽利略、培根、笛卡兒、虎克、雷文霍克、海什木、牛頓導讀　　這是一本人人都能看懂的知識型漫畫，承先啟後，繼往開來，理科人跟文科人都可輕鬆閱讀的經典。藉由此書可以好好認識改變人類命運的偉大的科學家們。　　　這本書集合了科學史的all-star，作者以淺顯易懂、趣味橫生的對話方式來探索科學家的真實面貌，以及發現科學原理的小插曲，簡單明瞭的畫筆蘊含深奧的科學脈絡。　　　　　　　每一個還沒證實的理論，都是一篇精彩的科幻小說，跟著過去科學家的腳步，可以一起觀察這神秘的世界。劃時代的科學理論和發現從不是無中生有的，每一位在教科書中出場的科學家，都在他們各自的時空脈絡下面對不同問題而產生好奇心，一起跟著他們回到歷史現場，見證每個偉大的頓悟時刻。	張沁筠
1	書名科學實驗王 2 牛頓運動定律作者 Gomdori Co. 出版社三采簡介（摘要）　　牛頓說：「如果我能看見遠方，是因為我站在巨人的肩膀上。」當牛頓遇上愛迪生，誰的創意比較厲害？黎明國小實驗社有資格繼續參加實驗大賽，第一個對手便是榮獲全國發明大賽第四名的高王國小！范小宇對於力學原理完全搞不清楚，好不容易在騎單車的過程中領悟出一番心得，然而在實驗過程中，黎明國小精心製作的實驗品卻面臨慘遭破壞的危機……。　　書中主角范小宇是個雖然對讀書或科學毫不感興趣，但在日常生活中卻能不知不覺靈活運用科學理論的頑皮小學生。黎明國小實驗班參加全國實驗大賽初賽，首先面臨的對手是高深莫測的高王國小發明社。發明社的社員雖然並沒有非常擅長做實驗，卻很懂得將科學原理應用在日常生活中，做出好玩又好用的道具。究竟哪一隊會在比賽中拔得頭籌呢？請一起來體會動腦發揮創意的樂趣吧！導讀涵蓋日常生活中可應用的科學常識，包含國小中、高年級自然與生活科技課程內容，為國中理化科和生物科打下紮實的基礎！本書以漫畫的方式輕鬆詮釋力學的重點，帶入學習主旨如下: 1. 學習運動定律與力學基礎 2. 認識科學家牛頓的偉大之處 3. 訓練創意思考和團隊合作	張沁筠

序號	網站簡介	上傳者
20	網站名稱卡路里跟焦耳的換算，你會計算嗎？網址 https://kknews.cc/zh-tw/fit/zbrrxpp.html 網站簡介 1千焦（kJ）=0.239千卡（kcal） 1千卡（kcal）=4.184千焦（kJ）	張沁筠
19	網站名稱熱量網址 http://www.phyworld.idv.tw/Nature/Jun_2/htm/B3_5-2_POINT_A.html 網站簡介公式：【H＝mst】。 H：吸收或放出的熱量(cal) m：水的質量(g) S：物質的比熱 ( cal／g℃ ) S水＝ 1 cal／g℃	張沁筠
18	網站名稱熱量計算公式網址 https://www.easyatm.com.tw/wiki/%E7%86%B1%E9%87%8F%E8%A8%88%E7%AE%97%E5%85%AC%E5%BC%8F 網站簡介熱量計算公式Q=G·C·（tg-th），當供熱系統向熱用戶提供相同的熱量Q時，供回水溫差Δt= tg-th與循環水量G成比例關係。	張沁筠
17	網站名稱供熱熱量單位換算網址 https://kknews.cc/zh-tw/other/4n5rvax.html 網站簡介能量、能耗、熱耗、熱量等一系列術語在供熱領域其含義及單位是一致的，大家不必要去怎樣表達，這些物理量在結合時間、空間等條件時在計算上就變得複雜起來，所以，供熱一般計算時一定理解物理量含義，而不必要理會推導過程，去除有些條件，使計算變得簡化。	張沁筠
16	網站名稱【生活裡的科學】作用力與反作用力網址 https://www.youtube.com/watch?v=Qabgq3TTkWk 網站簡介影片：你知道我們為什麼可以在路上行走嗎? 就是作用力與反作用力關係，也可以讓飛機在天上飛，讓我們打棒球，反作用力怎麼產生的呢? 我們一起跟著小特派員去詢問科學達人吧~~	張沁筠
15	網站名稱力學問題網址 https://web.mit.edu/yenjie/www/lm/physics/phys-qa-mechanic.htm 網站簡介關於力學的各項問題解說	張沁筠
14	網站名稱日常生活中作用力與反作用力的實例網址 https://sites.google.com/site/wufuguoz/2 網站簡介日常生活中作用力與反作用力的實例介紹與影片 1. 噴射機或火箭施力於排出的氣體，被排出的氣體同時也給噴射機或火箭一個大小相同的反作用力。 2. 走路前進、車輪前進...等，地面對腳或車輪施加反作用力。	張沁筠
13	網站名稱牛頓運動定律－牛頓運動定律涵蓋了牛頓的三個定律網址 https://revisionmaths.com/advanced-level-maths-revision/mechanics/newtons-laws-motion 網站簡介力是“趨於引起身體運動的影響”（牛津英語詞典）。力通常用箭頭表示，指向力的方向。力的單位是牛頓（符號N）。	張沁筠
12	網站名稱牛頓的三個運動定律網址 https://ccrma.stanford.edu/~jos/pasp/Newton_s_Three_Laws_Motion.html 網站簡介牛頓的三個運動定律可以表述如下：在勻速運動的狀態中的每個對象將保持在運動的該狀態，除非外部力作用於它。力等於質量乘以加速度對於每一個動作，都有一個平等而相反的反應。	張沁筠
11	網站名稱運動之牛頓定律網址 http://www2.kuas.edu.tw/prof/cn_chen/Physics/9601-Ch05.pdf 網站簡介亞里斯多德(Aristotle) ：凡是運動著的物體，一定有推動者在推著它運動。	張沁筠
10	網站名稱牛頓力學定律 Newton's Laws of Mechanics 網址 https://www.eduhk.hk/has/phys/force/index.htm 網站簡介中學物理課程裡，大多學生認為力學是最難的課題，這是由於它包含有比較多的抽象概念和常常需應用不同的數學技巧。「牛頓定律」一致被認為是力學的最重要理論，我們在這裡簡單介紹它的三條定律。	張沁筠
9	網站名稱牛頓第三運動定律（Newton’s Third Laws of Motion）網址 http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=18737 網站簡介牛頓第三運動定律描述作用力與反作用力之間的關係，當A物體施一力作用於B物體時，B物體一同時施一力於A物體，此二力互為作用力與反作用力，並且具有相同的大小、相反的方向，及相同的作用時間。	張沁筠
8	網站名稱作用力與反作用力定律網址 https://sites.google.com/a/ntjh.ntct.edu.tw/phys-chem/001ke-wen-nei-rong-yao-dian/03guo-san-shang/007-2-3zuo-yong-li-yu-fan-zuo-yong-li-ding-lue 網站簡介牛頓第三運動定律：當物體受外力作用時，物體必產生一反作用力於施力物體上，且兩作用力的大小相等 . 方向相反，作用在同一直線上；同時發生 . 同時消失。又稱為作用力與反作用力定律。	張沁筠
7	網站名稱我猜牛頓是這樣得到第三運動定律網址 https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=30902 網站簡介牛頓萬有引力定律，牛頓的三個運動定律，虎克定律，… 等等。我曾經自創一個“表面粗糙模型”，應用牛頓第二運動定律，推導出來虎克定律，於是更想知道牛頓是如何發現這些重要定律。	張沁筠
6	網站名稱牛頓第三運動定律(作用與反作用定律) 網址 http://163.28.10.78/content/vocation/mechanical/tp_st/chap09/htm/KIN1-3.HTM 網站簡介一物體受外力作用時，必產生一反作用力，作用力與反作用力大小相等，方向相反，但作用力與反作用力作用在不同物體上，所以不能抵消。	張沁筠
5	網站名稱自製希倫蒸汽機網址 https://www.520101.com/play/6804/0 網站簡介自製希倫蒸汽機與其運轉過程。	張沁筠
4	網站名稱希倫蒸汽機模型實驗操作網址 http://diy.1kecheng.com/diy/401.html 網站簡介本文介紹原始希倫蒸汽機的簡化版本，以磁鐵吸住螺絲釘（或鐵釘，或鐵錐）作為軸承；以燒瓶取代先前採用的試管。	張沁筠
3	網站名稱如何製作一個簡易的希倫蒸汽機？網址 http://m.elecfans.com/article/723138.html 網站簡介用試管、細銅管和磁鐵等簡單的材料來複製一台希倫蒸汽機的模型，通過巧妙的設計，讓你能夠在家裡用手工工具製造出會運轉的機器來。	張沁筠
2	網站名稱普通高級中學課程物理學科中心楊士模老師整理 -希倫蒸汽機網址 http://physical.tcfsh.tc.edu.tw/upload/files/20131118154343.pdf 網站簡介利用水沸騰時所產生的蒸氣，推動試管旋轉，並觀察作用力與反作用力的關係。希倫引擎製作方法。	張沁筠
1	網站名稱希倫蒸汽機網址 http://www.sec.ntnu.edu.tw/Monthly/96(296-305)/297-pdf/04.pdf 網站簡介用力來推動的始祖蒸汽機，稱為希倫蒸汽機（Hero's steam engine），希臘話叫風動球（aeolipile）。一般認為希倫蒸汽機是現代噴射引擎和蒸汽機的鼻祖。	張沁筠

序號	書面報告	說明	上傳者
1		說明這是一篇有關於自製希倫引擎的實驗報告，實驗內容嘗試使用不同尺寸大小的鋁罐來進行希倫引擎的實驗，並找出穩定度最好的鋁罐來進行後續的實驗。	張沁筠

序號	書面報告	說明	上傳者
1		說明希倫引擎專題報告	張沁筠