雨點兒有多大?
老農夫的故事
約在一百年前,美國某地有位老農夫,因為農地裡的莊稼有兒子們照顧,自己過著清閑的日子,每天徜徉在山巔水湄,心境又回到了童年的天真與好奇!
有一天,屋外下著大雨,老農夫童心大發,想知道「雨點有多大」。經過多方打聽,才知道科學家從沒研究過。這使得老人家興趣更濃,便開始自己想辦法找答案。在往後的十多年裡,他先後在雜誌發表幾十篇有關雨的報告和論文,最後還常常應邀到幾所大學去演講,儼然以大科學家的身分,出現在各式場合。
他的第一個實驗,是用一個平底鍋,裝了三吋厚的乾麵粉,在下大雨的時候,跑到院子裡,掀開鍋蓋,讓少量雨滴落在鍋裡,蓋上鍋蓋回到屋裡。
他用風扇吹去了麵粉,留下由雨滴和麵粉形成的小麵粉球。從測量麵粉球的大小開始,他獲知了雨點兒的大小,更進一步,他再設計實驗,得知雨點兒的形狀、雨點兒落下的速度等等。
所以,馬爺爺就來教導小朋友,也來做麵粉球的雨滴實驗。
器材
為了進行這個實驗,請小朋友準備幾樣東西:大碗、乾麵粉、三支滴管(編號A、B、C)、方格紙,當然,要拿廚房的麵粉來用,記得先跟媽媽說唷!
牛刀小試
(1)
做小球:在大碗中裝入五公分高的乾麵粉,用任一滴管,滴出四滴水到麵粉中。
(2)
設法將水滴和麵粉形成的小球,完整的從麵粉裡弄出來。
(3)
用直尺測出三個完整小球的直徑。
記錄:____ mm;____
mm;____ mm;平均____ mm
測定滴管
利用A、B、C三支滴管,進行以下實驗:
(1) 用A滴管,將水滴入量筒,記下一毫升(ml)共有幾滴。做三次,記下平均值。然後以同樣方法測定B及C滴管。
滴管 |
第一次 |
第二次 |
第三次 |
平均值 |
A |
滴 |
滴 |
滴 |
滴/ml |
B |
滴 |
滴 |
滴 |
滴/ml |
C |
滴 |
滴 |
滴 |
滴/ml |
(2)
算出每一支滴管滴出的水滴,體積(V)各是多少ml?
記錄:A:____ ml;B:____
ml;C:____ ml
測定小球直徑
分別以A、B、C滴管,各做三個小球,量出它們的直徑(d),求出平均值各為多少mm:
滴管 |
第一球 |
第二球 |
第三球 |
平均值 |
A |
mm |
mm |
mm |
mm |
B |
mm |
mm |
mm |
mm |
C |
mm |
mm |
mm |
mm |
描一張「體積-直徑(V-d)」圖
在一張方格紙上,用小球體積(V)當作縱座標,小球平均直徑(d)當作橫座標,標出(dA
,VA)、(dB ,VB)、(dC ,VC)三點的位置,再用一平滑的線段把它們連起來,左右順勢延長一些。
「體積-直徑(V-d)」圖,這只是一個範本,
小朋友在實際記錄時,須加入單位,縱軸為 0.1ml、橫軸為 0.1mm
估計雨滴的體積
(1) 有了「V-d」圖,我們就可以用來估計雨滴的大小了。現在,請爸爸或媽媽用一支滴管,在麵粉裡滴幾滴水。
(2)
把滴成的小球選取三個,求出平均直徑:
記錄:____ mm;____
mm;____ mm;平均值D:____ mm
(3) 把D值在你做的「V-d」圖上點出來。因為它是直徑,所以應該點在橫座標軸上。
(4)
從這一點往上畫一條垂直線,與剛剛畫出來的「V-d」曲線交於一點E。
(5) 從E點向左畫一條水平線,與縱座標軸交於一點F。這個F點就是爸爸或媽媽給的「雨滴」的體積。
記錄:從圖上得到的「雨滴」體積:____
ml
雨之種種
(1) 雨滴的大小:毛雨(俗稱的毛毛雨)雨滴直徑約
0.05mm∼0.5mm(公厘);雨,也就是一般說的雨,雨滴直徑約
0.2mm∼7mm。上升的空氣因冷卻而使空氣中的水氣凝結成小水滴,小水滴合併變成較大的雲滴,再增大而成毛雨滴及雨滴。
(2) 雨滴落下的速度:雨滴落下時,受了空氣的阻力,到達地面附近,已經是等速運動。小雨點兒落下的速度每秒只有幾十公分,最大的雨點兒或下的速度可達每秒十一公尺。
(3) 雨滴的形狀:「千條線、萬條線,落到水中都不見」,謎底就是雨。雨滴落下時,因為我們的眼睛有視覺暫留現象,所以把它看成是直線狀,其實,較大的雨滴,是以「漢堡」的形狀落下。你能解釋原因嗎?
結論
關於雨,其實還有很多有趣的話題,我們開始講的那位老農夫的故事,他在多年努力研究中,測出雨滴的形狀、落下的速度,以及許多關於雨的知識,他把他的心得寫成文章,投稿到科學雜誌,到後來許多大學請他去演說。氣象學者也常向他請教問題,直到現在,在氣象學書裡,還有「麵粉球法」,用來測雨滴大小呢! |