隔空取物在线视频

大家好

欢迎来到创客实验室

那么今天的话呢

我们要做一个实验

就是要做一个叫隔空取物的一个游戏

这个游戏的话是基于一个科学原理

然后我们演示出来之后效果的话呢

会让很多人觉得很奇怪

好 首先的话呢

我们介绍一下原理

然后我们再利用这个原理

来设计一些道具来演示我们魔术表演啊

这个原理的话叫伯努利原理

它的话呢很简单

就一句话

就是在一条流线上

流体质点的速度与这点的压强成反比

简单说就是什么呢

就是速度越大 压强越小

那么这里面有几个词我们稍微解释一下

就是流体质点它通常指的是

像我们的水分子 空气分子

因为它分子很小嘛

所以看上去是个质点

其次的话呢 压强

压强的话也很简单

就是单位面积的一个压力

成反比更简单了

就是说你大我小

那么这个原理的话呢

说起来我们可以用一个图来演示

比如说这个有个管道

这个管道的话有粗有细

那么我们可以想象

当空气或者水流进来的时候话呢

如果要正常流的时候的话

就是什么情况呢

就说在最窄的地方

它的流速应该比较快

在快的地方的话流速会慢一些

那么这个很容易证明

就是假设流速一样快的话

那么如果是通过A点的话

和通过B点的话一样快的话

那就会出现什么呢

一些地方出现空腔

所以的话没有充满容器

而这个和流体的特点是不符合的

所以的话它的流速是不一样快

所以应该A处窄流速高

那么流速高的话

根据我们刚才说的伯努利原理的话

压强就会小

B处宽的话 流速小

压强就会比较高

那么这个怎么证明呢

实际上的话在很多实验室

有这样一个道具

这个道具的话

空气从这个管子里流出来之后的话

它这个管子下面连接了很多容器

开始的时候容器里面水是一样高的

但是当空气一流通时候的话呢

会发现管子里面水会上升

而且会注意到上升的面是不一样的

你会注意到最窄的地方

上升的这个高度是最高的

因为根据刚才伯努利原理的话呢

最窄的地方的话压强小

而外面空气压强没有变化

所以的话呢

也就是大气压把它顶上去了

所以这是一个很直观

演示伯努利原理的一个实验

那么下面简单介绍一下

伯努利的生平这个很简单

我们稍微快速介绍一下

他的话是1700年出生的

他们家族的话出了很多很有名的数学家

比如说他的伯父雅各布·伯努利

跟牛顿·莱布尼茨是同一时代的

有很多数学发明

然后他爸爸的话呢

就是约翰·伯努利的话呢

也有很数学发明

当年的话呢

他出生之后的话呢

他们父母希望他去学商

能赚点钱

但是他自己的话呢

就是坚持学医

最后他获得了哲学 医学

和伦理学的硕士

后来的话

他25岁时候应聘去俄国的圣彼得堡工作

然后的话

后来回到瑞士的巴塞尔

那么他在很多领域有很多贡献

比如说他在微分方程 概率论

电学 气体分子等等这些方面的话

都有很多的见述

其次的话在植物学

解剖学方面也有很多工作

他在1734年话写一本书

这本书名字叫hydroDynamic

hydro的话就是流体

水的意思Dynamic是动力学

所以合在一起就是《流体动力学》

在这本书中的话呢他介绍了

他所发现的这个原理

就是压强和流速的关系

那么后人的话把它称为叫伯努利原理

那么这边就是这本书的当时封面

可以看出来风格很繁琐

那时候是巴洛克风格

好 那么利用伯努利原理的话

可以解释很多现象

那么最经典的话就是说

他解释飞机是怎么飞起来的

那么像这样一个图的话呢

我们知道机翼的话

他如果做截面的话

他的剖面的话是一个底部比较平坦

而上部是一个特定曲线这样一个形状

那么我们会想象的话呢

如果把这个机翼放风洞里面

大家注意

在这个时候正常飞机的话飞的时候

我们认为空气的话

基本上可以忽略不计

可以认为不动了

有飞机在飞

但是这样的话处理起来比较麻烦

所以我们反过来就是

把机翼固定让空气来流动

那我们怎么看待空气流动呢

我们可以在它的前方点上烟

那么烟的话颗粒很小

烟的流动就代表了空气的流动

所以在这种情况下我们可以看到

烟是怎么流动的

我们看图中的话呢

它流动的流线

我们注意到底部的话比较平坦

所以空气的话就基本上很快就过去了

但上方的话呢

它有一个曲面

所以空气沿着曲面这样走

同时的话要注意

上下两股空气的话呢

要同时到达尾部

因为我们可以反证

就是如果不是同时到达的话

它们就会在尾部形成

局部真空这样的状态

这实际上是不可能的

所以的话它们同时到达

这样一来就有个问题

它们两个走的路径是不一样长的

但是要同时到达的话呢

因此它的上方流速要快

所以的话呢

上方空气压强就小

下方压强大

正是由于压强之差

使得机翼能够被托起来

所以飞机飞行的时候

它为什么能够很重

但是能飞行一个道理

其次的话呢

利用伯努利原理

还可以解释很多现象

比如说在一些地方的话经常刮大风

那么可以想象的话呢

它的房顶啊

风一吹的话呢

房顶上方的那个空气压力就比较小

压强小嘛

压强小乘这个面积压力就小

而房子内部的话呢

空气基本上是静止的

宏观下是静止的

因此向上托的那个压力就比较大

如果这个房屋不结实的话

它可能房顶就被吹起来了

所以在古代的话呢

因为很多人没有钱做很好的房子

所以用茅草来搭房子

所以杜甫他说

八月秋高风怒号 卷我屋上三重茅

就说这个现象

那么如果我们学了一些力学知识的话

我们会这样设想

当风要来的时候的话呢

他把这个门窗打开

这样的话呢风从里面穿堂而过

里面的速度也很快

这样的话上下

就房顶上下的空气流速

基本上一样快的话呢

这个房顶就保住了

但是房子里面东西吹的乱七八糟

不过 我们可以知道的话

杜甫他是一个穷人

他没有什么东西

所以吹的乱七八糟的话

收拾一下 应该很快就收拾好

总比隔三差五去修屋顶要好一些

所以的话当你有一定知识之后的话呢

你可以帮助你自己解决一些问题

那么我们看看实际上的话

即使在现代的话呢很多屋子 屋顶

也会被大风掀掉

特别是他的屋顶是比较简单的

一些结构情况下

那么在2008年的话呢

缅甸有风灾

造成的数十万人的死亡

包括有些房顶掀下之后砸的

有的是水把它淹掉的等等

造成数百万人无家可归

所以风灾还是很严重的

那么这幅图片的话呢

是1965年英国的那个

一个发电厂冷却塔在飓风的作用下

倒塌一瞬间的情况

那么这个塔的话本来是

冷却塔的话有八个

那么飓风从这边吹过来的话

造成了三个塔的倒塌

当然有人会说为什么不是全部吹塌呢

因为我们知道风力如果很大的话呢

它的时间一般比较短暂

所以的话呢它吹塌这个塔

本身需要一点时间

然后等到塌的时候的话

可能这个时间已经过去了

所以的话它后面的塔就保护住了

如果风力持续比较长的话呢

这些塔都会被吹倒

好了

那么利用这个伯努利原理的话呢

下面我们要做个演示的实验

先做简单的实验

我们看看乒乓球在风的作用下

会保持怎么样的现象

好的 那么下面的话呢

我们利用实验的道具

来做一个简单的实验

以这个实验为基础

我们等会儿要发展出一个

更复杂的实验出来

首先介绍一下这个材料

就是这个黑色地方的话

是个吹风机的一部分

然后我们做了一个盒子把它包起来

这个盒子本身的话呢

利用我们前面的技术是很容易做出来的

我这儿不再做了

那么做这个盒子的目的是什么呢

就把我们双手解放出来

它可以立在这儿

因为单独吹风机的话不好立

所以的话主要是把它为了方便

把它放到这儿立起来

好 下面我们看

我们找个乒乓球放这儿

然后的话我一按开关

我们看乒乓球有什么现象呢

我们看到的话呢

乒乓球在这儿上下的波动

同时的话给它一点干扰

晃一晃

好

我们看到乒乓球在空中稍微晃一晃

包括给干扰的时候可能也是

也没跑掉

所以我们下面解释一下

就是利用吹风机为什么这个乒乓球

会在这个地方晃一晃

而不掉下来呢

好

我们知道这个吹风机的话

它一吹的话呢

会有一股高速气流吹出来

虽然我们看不见

但是我们可以用一根线来证明

它存在的区域

它应该在很小的区域

我们来看一下

你看放这儿没有影响 慢慢往上套

放在这时候就有了

这就证明我们的空气在很小一范围里

稍微出来范围的话就没有高速气流

其实在很小的一个气柱里面有高速气流

因此的话我们用黄色的区域

在PPT里用黄色区域

表示一个高速气流

而旁边的话白色区域的话

表示我们周围的空气

宏观上是个静止的空气

好 这样一来的话

我们怎么解释它这个现象呢

我们来看

首先我们要注意根据伯努利原理的话呢

我们外部的空气

就是我们周边的空气

是一个宏观上静止的空气

它的压强是大的

而这个气柱里面的话呢

是高速气流 压强是小

好 以这个为基础

我们来解释乒乓球

为什么能够在这个地方呆着平衡

首先我们看乒乓球的受力

就是气流流的时候会往上走

碰到乒乓球之后会包住它往上走

那么这时候会有一束气流的话

正下方一束气流的话被它挡住了

因此的话会被它

挡住之后停留

因此这一点话就叫驻点

驻点的话 就驻扎停留的意思

好 这一点的话 压强最大的

那么我们把它的受力分析

画一下之后的话

它有一个重力往下落

同时的话

底下的话气流往上吹的时候

特别是这个地方有一个驻点

所以很上一个往上压强

上方的话压强是往下 上下抵消

但是注意他们由于流速是不一样的

所以的话呢会出现上方的压强

总的来说比较小一点

而下方的压强的话呢

特别它包含有驻点

所以压强比较大

因此总的向上力的话比较大一些

因此把它托在这空间

所以上下方向他能够平衡

那么为什么左右它也能平衡呢

特别是我们给它干扰之后不会跑掉呢

我们来看一下

在左右方向假设它受到干扰之后

它有一部分乒乓球出了我的气柱

稍微偏了一点点

这时候我们看到一个现象就是

假设它出了一部分情况下

这时候白色的区域

是禁止空气给它一个压强的话

乘以面积一个压力

这个压力比较大

而内部的动态的空气的话呢

压强小

乘完之后压力也小

因此空气会主动的把它推进去

推到这个气柱里面去

所以这是个自动完成过程

正是由于过程是自动的

所以的话它在这个砌筑里面会来回晃

可能晃出一点点但是空气把它挤进去了

所以它能够保持个稳定的状态

所以这就是我们乒乓球

能够呆在这个气柱里面一个

重要的一个原因

好了 在这个之后的话呢

我们可以来看

就是以它为基础

我们要把它变成一个

更有意思一个小实验

我们看把它改造一下

看这样一个实验

就是我们如果把乒乓球换做一个气球

然后我们看会是什么现象呢

刚才我们演示了

就是利用乒乓球来吹起来

把这个稍微改造一下的话呢

我们把它换成一个气球

我们看看会怎么样

那么我们现场的话呢我们来操作一下

把气球先打气

那么这个过程是给大家演示就是说

这个里面装的不是说氦气

不是氢气 而是我们正常的空气

来看一看

好 打到基本上差不多了

然后我们把它打个结

这样的话我们等会儿方便把它

就是来做实验

打个结之后的话呢

我们可以想象

如果我们在比如说

小时候到公园去玩的时候

经常买个气球

然后有的时候不小心风出来话

就随风飘掉了

我们看看是不是这样的

等会儿我们一吹它会飘走你看看

果真就被风吹跑了

所以这是一个自然现象

但是我们等会儿的话呢

要把刚才的原理稍微用上之后

改造一个气球

让它出来之后不会跑掉

那么会不会呢

我们来看一下

那么我们要改造的气球的话

也不会很复杂

我们就绑上一个绳子就可以了

我们来看一下

好 把这个地方先绑上绳子

当然有同学会说

绑上一个绳子有什么用呢

大家注意这个绳子的话呢

绑上之后

我们还要加个东西就是

加上一个小小的道具

我们知道做魔术表演的时候总是有一个

什么道具或者有个托什么的

能够帮助你演示一些东西

所以我们也来找个小道具

但是他是不是一个托呢

是不是一个有什么神奇作用的东西呢

你先看一看

我们找一个神奇的签字笔

那么注意看

我把签字笔挂在这上面

好了

那么下面的话呢

我们就来操作一下 重新操作一下

再来吹它一下 我们注意看

所以这个圆珠笔是一个神奇的圆珠笔

它有魔力 它让这个气球跑不掉了

特别是什么呢

就是我们把它再改进一下

就是它不但跑不掉

而且它可以跟着我的手而动

我们来看一下是不是这样

刚才我说这个签字笔具有神奇的魔力

它不仅能够

让我吹它的时候气球不会跑掉

而且的话呢

等会儿我手要动的时候

它跟着我手移动

那么会不会这样呢

我们来看一下

先把它放这儿来吹它

那么刚才我们看到的话呢

这个气球挂了神奇的签字笔之后的话呢

第一它可以悬停

第二个的话可以跟着我的手来移动

因此我们可以很容易把它变成一个游戏

叫做什么呢

叫隔空取物

那么下面我们给它展示一下

当然这里面挂什么东西呢

我们可以想象

如果你自己做这个实验的话呢

你可以给你的父母送他一束鲜花

或者给你女朋友送鲜花

那么我们这儿没有的话

我们假设这就是一个小礼物吧

好 那么我们可以开始的时候

可以让它比如在某个位置停留

然后我们手不拿着它

隔空把它运到另外一个地方去

我们来演示一下

好 比如说

我们一开始的时候把它放到这个位置

然后我们准备开始

把这个放到下方把它吹起来

好 吹起来之后的话呢

我们假设这是一束玫瑰花

然后送给我们喜欢的人

然后我们把它隔空

注意隔空取过去

取到某个位置

好

比如说到了这个地方放下来

OK 我们看到

就说我们真的做到隔空取物

我的手没有挨着它

把它送过去了

我们可以想象

如果真的是你送一束什么鲜花

送给你的父母

送给你的朋友的话呢

他会觉得很惊讶

哦 原来是可以这么送过来

所以的话我们创客培养的话

除了教会你做东西的话呢

还让你做一些有创意的活动

那么下面的话呢

我们稍微解释一下

它为什么会第一悬停

第二为什么跟着我们走呢

就跟刚才说乒乓球悬浮有什么关系呢

下面我们结合实际的气球来解释一下

第一它为什么能悬停

而且注意我们吹的时候

不是在下方向上吹

而是斜着吹

它为什么能悬停我们看一下

那么这个解释是这样的

就是当我们去吹的时候

这个气流的话

首先吹到这个地方的话

它会一部分越过这个气球往前跑

一部分的话呢就说可能被它挡住了

因此在这个位置

在这一带位置的话呢

会形成一个驻点

这边会形成很大一个压强

乘这个面积的话就压力

所以沿这个方向

然后上方的话呢气流

包括它嘛

所以上方的话有气流经过

所以它压强稍微小一点

所以在这个方向上面

有一个向上一个推力

但是你会想象一个重物往下

一个力往上面推

这是不能平衡的

所以还缺一个力

这个力是哪个力呢

那就是在这个气流方向

垂直方向上来看的话呢

这边的话是静止空气

或者基本上是静止空气

而上方的话呢是流动空气

因此下方这个压强大

所以又会向上的压力

所以总而言之的话会形成什么呢

有三个力作用在上面

一个是重力往下

一个是这个方向力

一个是这个方向

所以大概像我手所指挥两个力

然后中间一个重力

所以这样三个使它平衡了

也就说我们吹的时候是有技巧的

不是随便吹它

而是吹的时候

让它形成一股气流包住它之后

有一部分没有气流经过

有一部分经过了

像这样的话才会有这样一个效果

所以这是它能够在斜吹的作用下

能够保持平衡的一个原因

其次的话它为什么跟着我们走呢

这里面涉及到

还记得我们说的乒乓球吗

乒乓球如果有一部分

出了我们气流的话呢

空气会自动把它挤进去

所以的话当我们手动的时候的话呢

可能气球有一部分出了我们的边界

然后外面的空气

会把它自动挤到我们气球里面来

所以的话如果你走的比较慢的话

它就跟着你走过来了

但是如果走的比较快的话呢

它来不及走的话呢

它可能就完全脱离你的气柱的话

就会掉下来

我们来看一下

我们先稳定

慢慢走

它就跟着我们走

但是如果我快速走呢

它就掉下去了

如果我走的很快的话

它过来的话需要的时间

由于惯性之后的话呢

如果它完全脱离我们气柱

它就掉下去

它只要没有完全脱离的话

它就会被空气挤进来

所以这就是我们整个游戏的原理

但是如果别人不知道

这个游戏原理的话呢

你就说你在表演魔术

特别是你把它改造一下

把这个改造一下

把它穿在衣服放在手里面的话

你手一动的话

就隔空取物

别人可能会相信

那么有兴趣的同学不妨试一试

好今天就到这儿

谢谢大家