夏季STEM挑战赛:在空中沿着电线航行

STEM挑战58:电缆游艇

阳光在蓝色的大海上闪闪发光，海浪拍打着海岸，三角形的白色帆船划过这一场景。这是可爱的!但是，你已经欣赏了一两个小时了，你想做点别的事情。为什么不试着为海滩做一艘游艇呢?

一艘帆船模型要在岸边破浪而过是件棘手的事。一艘沙滩游艇需要一大片平坦的沙滩和大轮子才能穿过沙滩，所以这也很棘手。相反，你可以试试缆绳游艇，一种沿着缆绳在空中航行的游艇……

你需要滑轮，一些木头或麦卡诺(Meccano)，二三十米长的晾衣绳或其他粗绳，一个小砝码，还有做帆的东西。安装滑轮，这样如果游艇上下颠簸很多，它就会一直在滑轮上运行:你甚至可以使用一对滑轮，一个在另一个上面。

帆可以是传统的三角形的柔性材料，如布与桅杆和吊杆，或者它可以是一个方便地由泡沫制成的机翼横截面。更简单一点，就像这里使用的一样，是一块塑料招牌，很轻的那种(经常在待售的房子上看到)，里面有一张波纹板。用一块薄木板或麦卡诺胶带粘在木板上加固前缘。不管你想做什么，让顶部和底部相似，这样游艇就能在微风中大致保持直立。

将帆安装在与航行方向45度的位置，或使其可调节。为了保持它直立，在帆的底部或侧桁上增加一些重量。一个令人愉快的特点是，当改变航行方向时，帆可以旋转90度，这样你和你的副驾驶就可以轻松地让缆绳游艇来回航行。

都完成了吗?是时候试航一两次了!如果有合适的树或柱子，可以将电缆系在上面。或者，你和你的副驾驶可以握住缆绳。确保你把绳子拉得足够紧，以防止游艇在中途触地。如果你让风与线成直角，这应该会给你一个良好的速度在两个方向。海风通常与海滩成直角，这是完美的。

如果你在强风中驾驶缆绳游艇，戴上防护手套，以防风吹到你。游艇的速度比驱动它们的风还要快。这是著名的冰上游艇或冰船，可以达到100英里/小时(160公里/小时)!怎么做?这一切都与角度和风速有关，这就把我们带到了“视风速”现象。

你可能已经注意到，当你看到一艘驶过的游艇时，顶部的风向标并没有指向风向，而是指示了表观风向，即游艇上的人所经历的风向。同样，如果你乘坐游艇，你会看到风速表上的读数不是气象局所说的，而是表观风速。真实风W是在静止的地面上测量到的风，而表观风A是在游艇上感觉到的风。根据船速V，可根据以下公式计算视风速A:
A =√(w²+ V²+ 2 wvcosα)
其中α是正前方与风向W的夹角。

*你可以很容易地检验这个公式:例如，如果真风W在正前方(α = 0，那么cosα = 1，所以A =√(W²+ V²+ 2wv) = (w + v);如果W=10, V=10, A = 20。风W只是增加了船速v *

最后，你能在缆索游艇上航行多久?你能找到站在岩石或悬崖上把绳索吊得更高吗?你能不能做一根桅杆来支撑缆绳的中间，这样游艇就可以像长途缆车那样从缆绳上方经过?

如果你喜欢这篇文章，你会在尼尔·唐尼的书中找到更多有趣的科学东西，比如普林斯顿大学的《周六科学终极之书》，还有很多其他东西(以及《爆炸圆盘大炮》一书的免费副本)，请访问www.saturdayscience.org．根据这个实验，尼尔目前的工作包括开发一种新的呼吸机系统，以支持呼吸困难的人-获得更多关于这个伟大项目的信息Exovent.org．

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