有趣的机械之金木水火土

中国古代认为天下万物都是由金、木、水、火、土五种元素组成的，五行就是指这五种元素的运动变化。

本期，且看“未来爱迪生”们如何从五行之中得到灵感，将其运用到发明创造中，从而使设计的作品更加有趣，更加实用。

水之空气净化器

目前市场上售卖的室内空气净化器多为被动式空气净化器，即采用“离心风机+HEPA（高效空气过滤器）滤网”的工作模式，虽然高效安全，但滤网容易被细颗粒聚集堵塞，使得更换和维护成本较高。

一次我在医院病房中发现，医用氧气都要通过干净的水后，再给病人呼吸用。这给了我灵感，水性至善至柔，可容纳万物。那么，如果让污染的空气通过干净的水，不就可以达到去除颗粒物的目的吗？于是，我设计了一款水空气净化器（如右图）。本装置由离心风机、超声波雾化器、除雾器、水雾粒子混合室、电控系统等组成。水空气净化器不是让空气直接通过水来完成过滤，而是首先通过超声波雾化器，产生1～10微米的水雾颗粒，它们能“捕捉”空气中细微粒子，特别是粒径小于0.3微米的粒子。水雾“捕捉”了细微粒子后形成粒径大于1微米的含尘水雾。最后利用除雾器将含尘水雾去除，达到空气净化的效果。

这种方法比起采用HEPA滤网，具有制造成本低、风阻小、易于清洗等优点。

辽宁省沈阳市第一二四中学 潘俊璋

指导老师 康 宁

专家点评：从不同的角度，采用新的方法去解决原有的问题，体现了该学生有较好的科学素养和创新潜质。建议进一步实施科学对比实验，用数据分析来证明新方法的优点，以及使用的效果。

金之水平打孔装置

电钻的钻头多为金属，且尖锐锋利，是各类工程项目中打孔作业的不二选择。然而我家在安装空调使用电钻时，却遇到了问题。由于操作时把握不稳定，打的孔都有不同程度的歪曲，结果安装的螺丝无法保持水平，影响了空调的后续安装。

为了解决这个问题，我设计了一款可以确保水平打孔的装置，如右图所示。我用工程塑料板制作此装置的垂直支架，用不锈钢板制成此装置的主体部分，并在上面安装了可以滑动的导轨，最后在导轨上加装固定钻机用的固定套。使用时，手握电钻，将垂直支架平稳地靠在墙上，对准预打孔的位置，启动电钻，逐步推进，一个水平孔就完成了。

这款水平打孔装置，不仅安全实用，而且可以根据不同情况更换钻机，非常方便。

上海市民办永昌学校 柳嘉毅

指导老师 杨庆国

专家点评：本研究体现出该学生对生活有一定的观察和思考，能发现生活中的问题并予以可行性地解决。建议实验研究中进一步增加定量的准确性，考虑支架的牢固度和精确性，提升人体工程学效果。

木之可伸缩公交车扶手环

木头的可塑性强，且坚固耐用，可以用于制作很多装置的小部件。所以，我将其用于自己的小发明。

我发现，中小学生在乘坐公共交通时，因为个头矮的关系，有时候够不着车上吊着的扶手环，造成乘车过程中的安全隐患。我想如果扶手环的高度是可调的就好了，于是我打算设计一款可伸缩的扶手环（如右图）：在扶杆上设置伸缩扶手环的按钮，当扶手环太高，需要降低时，就按下拉伸按钮；使用结束后，再按下收缩按钮，扶手环就可以恢复到原来的高度了。

上海市松江区九亭中学 陈沛琪 指导老师 王永鑫

专家点评：此方法在逻辑上是可行的，创意简单实用，有一定的可操作性。建议进一步研究时，要考虑扶杆机构的合理设计、使用时的效果、牢固程度与安全性等问题。

火之红外监控灭火系统

很多火灾的发展过程变化迅速，灭火措施越早投入实行就越能挽回火灾损失。所以，我想设计一个系统，它能够自动识别高温现象、发出警报，并根据实际情况自动或人工远程触发灭火弹进行灭火，尽可能将火情消灭在萌芽中。

这个系统的运作如工作流程图所示。首先是采用机器视觉结合红外线检测，监控可能的火源燃烧所造成的红外线热点；然后，通过立体视觉原理进行燃烧点位置测定；接着，利用计算机算出发射灭火弹的合适角度和方向；最后，控制执行机构发射一个或若干个大小合适的灭火弹，射击火源燃烧点，以达到及时灭火的目的。

对于灭火弹，可以采用外包薄塑料壳的灭火液球或者固体干冰球。它击中火源后，能迅速降低火源区域的温度或者隔绝氧气，从而灭火。

此外，在系统安装时，要根据实际情况，针对不同的区域实行不同的触发级别。比如，对火锅店或餐馆烹饪区域，触发警戒温度阈值应比服装销售区域高；再如，对烤肉店的桌子上的正常烤肉火点，可以设定厘米级的屏蔽区域，在该区域内出现明火，不予触发……

上海大学附属中学 丁 玺

指导老师 汪玥辉

专家点评：本创意作为一个系统运作的设想，还是考虑得比较周到完整的。建议项目设计还要更具体化，并考虑效果达成度、可操作性、产品性价比等实际问题。

土之地窖通风装置

在我的家乡，很多人家都设有地窖，平时主要用来储存红薯或蔬菜。虽然地窖带来许多便利，但有时窖内存放的红薯、蔬菜等农作物腐败分解，会产生硫化氢、氨气、二氧化碳等气体。如果这些气体越积越多，且无法溢散出去，那么人一下到地窖内就会中毒或因缺氧窒息。

于是，我们开始冥思苦想，如何设计地窖，才能让地窖更加安全呢？我们从非洲草原犬鼠挖的洞穴的结构得到了启发。如右图所示：它们的洞穴有两个口，一个在平地上，而另一个则在隆起的土堆上。这种结构使得吹过平地的风速小，穴口压强大；吹过隆起土堆的风速大，穴口压强小。因此，洞穴内的空氣存在压强差，从而保证了洞穴内的通风。

根据这个现象，我们设想为地窖加装一个通风装置（如左图）。当装置上方刮风时，空气流速大，压强小，大气压会把地窖底部的废气压上去，从而抽出废气。

通风装置上部用弹簧固定一个倒放的机翼片，一是可以防雨，二是能加大空气流速。如果风速过大，机翼片在压强作用下，压迫弹簧向下移动，使封气阀封闭气流通道，保证凛冽的寒风不会大量进入地窖，以防止农产品被冻坏。

安徽省萧县中学 杨心语 张雅宁 吴雨晗

指导老师 李 峰