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孔明灯中国古代飞行器

2023-08-30

科学大观园 2023年17期
关键词:糨糊热空气孔明灯

孔明燈,又叫天灯,俗称许愿灯、祈天灯,是一种古老的汉族手工艺品。

孔明灯在古代,多做军事用途。现代人放孔明灯,多作为祈福之用。男女老少亲手写下祝福的心愿,象征丰收成功,幸福每一年。

对于孔明灯的原理探索,可以追溯到西汉时期淮南王刘安(前179—前122)所著的《淮南万毕术》。书中有“艾火令鸡子飞”的记载,意思是,将燃烧的艾火放进鸡蛋壳内,可以使蛋壳飞起来。《淮南万毕术》主要记载各种各样的人为和自然现象,特别是通过人为努力可以实现的看上去有悖常理的现象,是了解我国古代物理、化学研究的重要文献。中科院物理学史专家洪震寰先生对此做了实验和计算验证,认为即便是抽成真空,蛋壳也不可能在空气中飞起来。不过,这一记载倒是可以表明,在西汉时期已经有人开始关注和探索热空气升空的问题。

简而言之,理解孔明灯的原理有三个基本点:

一是热胀冷缩原理。点燃松脂后,灯内的空气受热膨胀,热空气上升,冷空气下降,位于灯内底部的冷空气因热空气膨胀被挤出到灯外,灯内空气质量减少,灯的总重力,也即灯和灯内空气的重力之和就会减小。灯内温度越高,空气膨胀得就越厉害,被挤出到灯外的冷空气就越多,总重力也就越小。

二是阿基米德原理,物体在空气中受到的浮力等于其所排开的空气重力之和。孔明灯能排开多少空气,它就受到了多大的浮力。孔明灯体积越大,在空气中受到的浮力也就越大。

三是牛顿惯性定律,任何物体都保持匀速直线运动或静止状态,除非有外力迫使它改变运动状态。在孔明灯上作用着两个力,一个是灯外空气给予孔明灯的向上的浮力,另一个是向下的孔明灯的总重力。由于大气层内空气密度自底向上逐渐降低,因此如果孔明灯受到的浮力大于总重力,则灯在空气中上升;如果孔明灯受到的浮力小于总重力,则灯在空气中下降;如果孔明灯受到的浮力等于总重力,则灯在空气中的高度保持不变。

综合以上三点,随着灯内松脂被点燃,灯内空气持续被加热,灯内空气温度不断升高,热空气逐渐膨胀,冷空气不断被挤出,总重力不断减小,一旦作用在灯上的浮力大于总重力,孔明灯就会在空气中冉冉升起。

燃放注意事项:

孔明灯多由纸质灯罩或化纤布料加工制成,通过点燃固体或液体燃料放飞,升空后火焰温度极高,属于明火,外焰温度高达300℃,燃烧后飞行高度可达千米,飞行距离可达十数公里。如肆意放飞,一旦风力、风向不稳,极易威胁飞行器、高压供电设备、通信设施、山林、燃气站以及各类建筑物安全。

1.孔明灯制作工艺不复杂,由于灯罩是纸质的,所以很容易破损。放之前检查孔明灯是否有破损,发现有破损,请用纸粘好。

2.下雨时容易将灯体淋湿导致无法放飞,应选择在无风晴朗的天气,大风和雨雪天气都会使孔明灯的放飞不成功。

3.不要在多草木树木的地方、城区楼区居民区、机场方圆5公里范围内、高压线附近,在仓库、军事禁区附近,以及加油站、油库等易燃物附近进行燃放,避免发生事故。

孔明灯怎么做?

制作材料

准备几张薄纸(选择半透明不易燃烧的)、固体酒精、扎丝、夹钳、糨糊、剪刀。

制作方法

1.将准备好的三张薄纸上下对齐叠放。

2.将已经叠好的薄纸竖着对折(将宽边对折),在两角边分别用笔画出半圆的弧形。

3.用剪刀沿着刚刚画好的弧形剪下来,展开。

4.用糨糊将裁剪好的三张薄纸对边粘成一个三锥形。

5.用夹钳将扎丝(特别细的那种铁丝)弯成一个圆形,中间用铁丝固定成十字,并预留出放固体酒精的位置。

6.在做好的三锥形的底部周边涂上糨糊,将圆形细铁丝固定住,插固体酒精的尖尖放到里面。

7.等糨糊干了,把纸撑开,再放上酒精,点火,十几秒过后,热气将孔明灯膨胀,孔明灯即可松手起飞了。

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