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希伦蒸汽机是2000多年前的古希腊人希伦发明的,利用高速喷出的蒸汽的反作用力推动机器旋转。我们用试管、细铜管和磁铁等简单的材料来复制一台希伦蒸汽机的模型,通过巧妙的设计,让你能够在家里用手工工具制造出会运转的机器来。
下面是我们将要制作的希伦蒸汽机的全图。试管的橡胶塞上通有细铜管,通过铁钉吸在磁铁上。试管下的固体燃料让水沸腾,水蒸气通过细铜管喷出,推动试管旋转。
因为磁铁吸引铁钉的转动阻力非常小,所以虽然推动力很弱,也能够让试管以很高的转速旋转。
下面是原理图,注意细铜管的形状,反冲力让蒸汽机开始旋转。
套件包含的材料有:
试管、带孔的橡胶塞、带孔的木板底座、细铁丝、铁钉、筷子、橡皮筋、细铜管、磁铁,共9种。
需要您自备的材料和工具有:
钳子、小刀、水性笔(或铅笔)、打火机、金属瓶盖、尺子、固体燃料、线手套(可选)
制作步骤:
先来制作支架部分。
1、用钳子或者小刀把一根筷子细的一端切断一部分,让它与木板一样长;
2、用尺子量出30厘米长的细铁丝,用钳子夹断。把细铁丝绕在筷子的中间部位。上面制作的是支架的横梁;
3、把两根筷子头分别插进木板两端的小孔里。如果筷子太粗,就用小刀略微修整一下,如果孔太大,就垫一点儿纸片;
4、用橡皮筋把横梁绑在立柱上;
5、把磁铁吸在横梁正中的细铁丝上;
到这里,支架部分就制作完成了。
再来制作橡胶塞那一部分。
1、取一根细铜管,用尺子从左向右量出3厘米长,用水性笔(或铅笔)做标记;
2、右手拿钳子轻轻夹在标记的位置,钳子左边留出3厘米长的细铜管;
3、左手捏住铜管最左端,慢慢向上弯折,直到铜管垂直;
4、注意弯出的是这种缓缓的90度角,因为如果弯得太急,会堵塞铜管;
5、在铜管另一端,从右到左用直尺量出0.5厘米的长度,用笔做标记;
6、右手用钳子轻轻捏住标记的位置,左手慢慢把其余的铜管向上弯折;
7、同样也是得到缓缓的90度弯角;
8、做2个这种铜管,完成后对比一下,差距较大的地方可以适当修整,让它们两个基本一样;
9、要把弯曲好的两根铜管和一根铁钉插进橡胶塞的小孔里;
10、铜管插进橡胶塞之后要用嘴吹一下,看看是否被堵塞了;
到这里橡胶塞那一部分就制作完成了。
下面开始组装希伦蒸汽机。
1、试管装1/3的清水,塞紧橡胶塞,把铁钉尖端吸在磁铁上。
调整磁铁的水平,铁钉的角度,达到用手轻轻一转试管,它就能稳定地自己旋转很多圈的状态。
2、量出30厘米长的细铁丝,用钳子夹断。铁丝正中打个活结,留出一个圆环;
3、铁丝圆环套在试管中间位置,略大于试管直径,两端分别缠在立柱上;
铁丝环不要与试管有接触,它的作用是防止试管脱落后掉在桌面上摔碎。
试管正下方放一个金属瓶盖,这个希伦蒸汽机就组装完成了。
点火运行希伦蒸汽机。
用小刀切较大的一块固体燃料,放在金属瓶盖上,调整横梁的高度,让试管底部接近固体燃料,用打火机点火,待试管内的水剧烈沸腾之后,就有蒸汽从细铜管两端喷出,慢慢试管开始旋转起来。
如果你不喝酒,可以从喝酒的人或者大排档处弄来很多啤酒瓶盖。也可以用易拉罐的底部,蛋挞的锡纸盒,或者其它小的金属容器来装燃料。
关于燃料的说明:
1、建议使用这种固体酒精块燃料,一般的杂货店都有卖,吃火锅用的,1、2元钱一块;
2、试管下的酒精块必须足够大,火焰足够猛,让试管内的水剧烈沸腾,水蒸气从细铜管喷出,发出“嘶嘶”的响声,才能推动试管旋转。你制作的希伦蒸汽机不能运转,很大的可能就是火不够大。
3、也可以用棉球或者手纸团,浇上液体酒精做燃料。但是使用液体酒精必须按照实验室操作规程,有家长跟我反应,他的孩子用瓶子直接向燃烧的棉球上倒酒精的,这样有可能造成爆炸事故!所以我们不建议使用液体酒精,除非您有专业资质。
4、不适合用蜡烛做燃料,因为蜡烛会把试管熏黑,让你看不到里面水的沸腾情况;
危险警告:
烫伤警告!铜管喷出的蒸汽非常烫,所以请穿长袖衣服操作!燃烧后的金属瓶盖和试管都非常烫,请不要直接用手接触。试管内的水快要烧干的时候,可以用钳子拿开瓶盖,并戴线手套。
火灾警告:请按照建议安全使用燃料,要熄灭瓶盖内的燃料时,先用钳子把它拿到石头或金属平面上,用杯子倒扣住,等燃料完全熄灭后再做处理。
割伤警告:轻拿轻放玻璃试管,防止破裂,向试管内塞橡胶塞时不要过分用力,以免撑破试管。如试管破裂,请小心处理碎玻璃,避免割伤。
强磁警告:我们使用的是高强度磁铁,请远离大块铁制物品,避免磁铁被吸引的时候夹伤手指;远离磁卡、手表、相机等会被磁性损坏的设备。
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