乒乓球“悬浮术”

初一下学期，一次偶然的机会，我们无意间翻到八年级物理课本，发现了一个“吹乒乓球不掉”小实验，觉得非常有趣。当时我们正好手边有漏斗和乒乓球，于是尝试了一下，发现乒乓球果然能够悬浮不掉。这激发了我们对其原理的探究兴趣，也让我们思考：如果改变方向吹气，乒乓球会发生什么现象？于是我们三人开始了一系列实验与探讨。

实验材料：PVC管（内径14mm，外径16mm）、PVC弯头（90°和45°）、鼓风机（功率650W）、乒乓球、地漏（用于固定PVC管和连接鼓风机）、漏斗、铁丝（固定PVC管底部）、海绵块（放置在鼓风机下方用于减震）。

我们根据设计图裁剪、连接材料，组装成实验装置。

当鼓风机开启时，气流沿PVC管向各个方向流动，此时把乒乓球分别放置在不同方向的管口处，实验现象如下。

向上的PVC管口：乒乓球会漂浮在管口气流中，未因重力而下落。

向左或向右的漏斗口：乒乓球在漏斗口边缘快速旋转，但始终不掉落。

向下的漏斗口：乒乓球被气流压在漏斗底部，牢牢固定。

为了进一步理解这些现象背后的原因，我们查阅了相关的物理学知识，得知实验现象与下面几个内容有关：

一是流体的定义和性质。流体包括液体和气体，具有流动性且形状不固定。其中气体的可压缩性大于液体。流体在流动过程中，其形状和层间会产生阻力（即黏滞性）。

二是伯努利原理。在忽略黏性损失的情况下，流体的压力势能、动能和位势能之和保持不变。当流速增大时，压强会减小。

三是康达效应。康达效应是指流体倾向于沿着物体表面流动的现象。这种流动受到表面摩擦力的影响，且根据牛顿第三定律，流体对物体施加的力会产生反作用力。

结合实验现象和上述理论知识，我们发现，乒乓球在气流中表现出的悬浮和旋转现象，可以通过力学分析进行解释。

在实验过程中，乒乓球受到的主要作用力包括：1.重力。乒乓球始终受到垂直向下的重力作用。2.气流冲力。气流的速度和方向决定了对乒乓球的推力或托力。3.大气压力。球体表面上、下方的压力差会影响球的受力状态。4.康达效应。气流贴着球面流动时提供附着力，帮助乒乓球保持稳定或回归平衡位置。

以下是针对不同实验现象的具体受力情况分析：

当PVC 管向上、斜向上时，流体对于乒乓球有向上或斜向上的冲力，乒乓球所受的重力向下，如图1，康达效应的存在则使得乒乓球趋向固定在气流中间，当某一时刻乒乓球发生偏转，转向某一侧时，康达效应作用会让乒乓球受力恢复力平衡的状态（图2）。

当PVC管所接漏斗口向左或向右时，重力向下，漏斗对乒乓球的支撑力斜向上，康达效应使得气流顺着球面流动，三者受力平衡使得乒乓球悬浮在漏斗边缘处而不跌落（图3）。

当PVC管接漏斗口向下时，一开始把乒乓球塞到漏斗口，乒乓球与漏斗接触紧密但不是完全密封状态，按照伯努利原理，流速快压强小，乒乓球上部气压比大气压小很多，重力向下，冲力向下，乒乓球上下部的压强差使其所受压力向上，乒乓球被压住从而维持在漏斗口而不掉（图4）。当气流停止送风时，管内外压强一样，乒乓球上下部所受压力一样而方向相反，故互相抵消，只受向下的重力影响，于是掉落。

我们的实验实现了乒乓球在不同方向（向上、向下、向左、向右）的悬浮，并对这些状态进行了受力分析。这些现象新奇有趣，适合用作八年级物理课程中压强演示的教具或科普展览。

未来，我们希望进一步优化装置设计，增强实验的观赏性和实用性，为更多场景提供教学支持。

（该作品获得第38届广西青少年科技创新大赛青少年科技创新成果竞赛中学组一等奖 指导老师：宁东莲、林学云、潘兰）