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作品三 馬格努斯效應 林承翰
籃球從大壩上丟下去會怎麼樣呢 ? 如果把球直接丟下去時,球就會直接落地,如果在丟下
去前,把球往後旋轉再丟,球就會往前飄,並飄得很遠,這就是「馬格努斯效應」。當把球丟
下去時,因為地心引力的關係,所以直直落地,球往後轉時,氣流經過球體,球體上下的空氣
流速不同產生了壓力差,進而產生向上的作用力,因此球才會往前飄。此現象牛頓在 1672 年
的劍橋學院觀看了網球比賽後,發現並推論了
網球在快速旋轉時會偏移的現象和原因,接下
來介紹幾個相關的有趣實驗。
先在桌邊架一個木板 30 度的斜坡,再將 A4 紙捲成紙
筒,讓紙筒從斜坡放下去,紙筒在離開桌面時就會垂
直掉落,甚至是往後掉呢!第二個實驗是發射紙筒,
先取9條橡皮筋,互相連接並固定在桌邊,然後將塑
膠條穿過橡皮筋並對折,然後取鋁箔紙中央的紙筒,將
塑膠條以順時針捲在紙筒上並轉三圈,之後發射紙筒,
可發現它不只是往前運動,更是往上飛很高喔 ! 最後一
個實驗是馬格努斯飛行器,先將兩個紙杯杯底黏在一
起,再將橡皮筋往自己方向轉數圈,然後高舉甩出便可
飛行,紙杯先往上飛,然後再慢慢降落,這就是馬格努
斯現象。
接下來我們介紹馬格努斯效應和綠色航運科技的關係。馬格努斯不只可以用在科學實驗上
面,也可以用在交通方面,例如 : 轉子帆,它的理論基礎是馬格努斯中的空氣動力學。當在空
氣中移動的一個旋轉物體時,就會產生側向力,以旋轉中的球舉例說明:球旋轉時,旋轉側會
帶動一部分空氣,使尾流成一個角度偏離背風側,而靠旋轉球的迎風側。根據牛頓第三定律,
力的作用是相互的,偏轉的尾流將球推向相反方向,旋轉球會受到一個側向推力,因此設計出
轉子帆。在20世紀初,德國工程師安東·弗萊特納(Anton Flettner)製造第一艘轉子帆動力船,
但是因為旋轉它們所需要的能量太大,因此第一代轉子帆並不實用。
目前芬蘭 Norsepower 公司開發了一種使用新
材料轉子帆技術,創造利用更少的電力即能推動轉
子帆,使其產生更高效的推力。目前這技術發展漸
趨完善,更多遠洋船隻將會採用。現在大多數船隻
動力來源為燃燒石油,其所產生的溫室氣體對環境
有很大的負面影響,海上航運業正面臨減排壓力,
丹麥的一間公司旗下的一艘船將利用轉子帆技術營
運,相信未來會有更多使用新一代轉子帆技術的船
隻馳騁在浩瀚的海面上 ! 轉子帆技術——綠色航運新科技。
科學嘉年華 19