單元運輸動力

一、自然力

()、水力:包含下列兩種力量

1.水的浮力:靜置於水中的物體會受到向上的浮力,且浸入水中的體積愈大的物體,所受水的浮力就會愈大。

2.水的搬運力:指流動的水對於水中的物體產生水平方向的推力,且水的流速愈大則對於物體的推動力也會愈大。

()、風力:

1.空氣對流:由於空氣的密度差而產生的循環對流現象,而對流產生的風,風吹向風帆根據牛頓第三定律,可獲得向前推進力(反作用力),風帆產生反作用力,促使船隻前進,詳如圖一。

2.風帆船是利用風力向前進示意圖。若以船上的風扇吹動風帆,此時作用力與反用力同時發生在同一物體上,物理學上稱為:內力,即:船隻所受的合力為零,則船隻不會運動(如圖二)。

3.若以船上的風扇作為動力,吹向空氣,即對空氣施力,則船隻得以向前行進,此種相關議題也將於氣墊船章節中再次討論。

 

 


1.上升氣流:滑翔機是一種自身沒有動力裝置驅動,或只是在起飛時有自身動力裝置驅動,而在大部分飛行階段並不依賴於動力裝置驅動,依靠空氣作用於其升力面上的反作用力進行自由飛行的重於空氣航空器。

2.滑翔機也是固定航空器的一種。滑翔機主要依靠上升氣流進行持續飛行,否則就必須靠犧牲高度來維持飛行。大多數滑翔機都沒有動力裝置,具有動力裝置的滑翔機被稱為動力滑翔機。滑翔機的一個顯著特點就是具有大展弦比的機翼,其滑翔比與同是固定航空器的飛機相比要大很多,這種大滑翔比使滑翔機具備了很強的留空能力。

3.目前有些高級滑翔機的滑翔比可達到50:1(如圖AB501),即在無風條件下,滑翔機每下降1(如圖三的B線段)的高度就可在水準方向上滑翔50(如圖三的A線段)的距離。

:滑翔機的滑翔比示意圖

 

二、石化能源動力

()、煤礦:

1.煤礦做為燃料;可以提供熱能推動蒸氣機:蒸汽機是一個能夠將蒸汽中的熱能轉換為功的機具。鐵路和輪船都曾經使用蒸汽機驅動,所用的燃料就是煤礦。蒸汽機也在工業革命中提供了主要的動力。現今人們還使用蒸氣機結合火力發電或核能發電的方式來發電。蒸汽機必需要一個使水沸騰產生高壓蒸汽的鍋爐,而這個鍋爐的燃料可以使用木頭、煤、石油或天然氣甚至垃圾。

2.早期蒸汽的動力:蒸汽車火箭號(1829年)利用鍋爐產生的蒸汽膨脹推動活塞做功,將熱能轉為動能。(如圖一、二所示)為高壓蒸汽推動活塞使輪子轉動的示意圖。



3.體驗活動:蒸汽的力量材料:鋁罐、橡皮塞、酒精燈、酒精燈架、打火機。製作方法:在空曠地完成以下裝置,在鋁罐中加入月10毫升的水,將酒精燈點火,觀察橡皮塞噴發的情況。

 

 

 

 

原理:鋁罐中的水因受熱變成水蒸氣,蒸汽的壓力逐漸增大,最後將橡皮塞推送出去。

 

補充資料:

1.在密閉空間中,水蒸汽逐漸增加,壓力與氣體分子及溫度成正比。

2.一立方公分的水可產生1500立方公分的水蒸氣,說明了密閉空間中氣體分子數量增加,可產生很大的壓力。

3.由於氣體可以產生很大的動力,早期鐵路、車輛及工廠生產所需的動力多以鍋爐產生蒸汽的方式,將熱能轉換為動能。

4.體驗活動2:蒸汽船的製作材料:木板、鐵鋁罐、蠟燭、滴管、鐵絲製作方法:(如圖四)



三、石油與內燃機引擎

5.引擎的原理:現代汽車以及工業用途的(汽車、卡車、發電機)內燃機都以汽油作為燃料,其機械設計大多都是四衝程循環的引擎設計,如圖五所示。一個周期由四個衝程構成,或者活塞在氣缸中單方向的直線運動:

6.進氣(吸氣)衝程:燃料與空氣的混合氣體通過一個或者多個進氣門注入氣缸。壓縮衝程:混合氣體被壓縮。

7.做功(點火)衝程:混合氣體在接近壓縮衝程頂點時被火花塞點燃。

8.排氣衝程:燃燒過的廢氣通過一個或者多個排氣門排出氣缸。


2.體驗活動:燃料後產生的高壓氣體,其爆炸能量轉換成動力(酒精槍)
材料:養樂多空瓶、酒精、噴霧器、橡皮塞、點火槍、乾電池。
製作方法:

原理:利用燃料爆炸的能量推動,轉換成動力的裝置。

()、補充資料:

1.燃料是可以透過氧化(一般通過燃燒的方法)將其存儲的能量釋放出來並得以應用的可燃物質。

2.燃料可以直接燃燒釋放熱量供人類應用或者通過內燃機將其熱能轉化為動能。

3.燃料還可以分天然燃料和人工燃料。天然燃料是直接從大自然獲得的燃料並可以直接作為燃料使用(比如木柴、煤等),人工燃料是經過加工後獲得的燃料,比如焦炭、燃油等。

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