2019年3月1日

科學玩具-磁學-磁來運轉圓舞曲

在以前的科學論壇分享、宜蘭童玩節玩具甄選、小達文西雜誌科學玩具專欄及協助國立高雄科學工藝博物館的科學學習中心開發教案……,都不斷地擴充「磁來運轉」教學系列。不過,有著作財產權觀念的夥伴,都會先詢問是不是可以引用,而我是從來沒拒絕過。

但是,有更多的狀況是「整碗端去」,連名稱都一樣,只是作者名稱被換掉而已,然後「自創」、「研發」的說詞便不逕而走。雖然並非所有的講師都會這樣,但無法否認這樣的人存在。只是當初分享的成果在其他場合被毫無保留的移植後,再當面跟我說「別人或許也在做同樣的研發」。
 
開發科學玩具、撰寫探究教案、參加比賽、發表研究過程……
認識各路有相同理念的夥伴,都是以前的美好回憶

聽到這樣的托詞,剛開始很氣,久了就釋懷了,畢竟一直以來都有這種人,像蒼蠅一樣,趕也趕不完,也因此在部落格中就很少發表、交流了。

成長、學習需要養分,從岐阜物理(http://www.straycats.net/)看到很多理科前輩的分享,也發表過圓舞曲的電動音樂盒版,看到他們滿滿的能量,向他們學習的想法放了很久,終於在去年趁修完生活科技第二專長的空檔完成了它。然後就放著,沒必要公告說自己做了什麼,直到最近「磁來運轉」再度被包裝成探究教案,哈哈!

2018年12月24日

科學玩具-熱學-自製走馬燈

在國中階段的教學中,應該將概念與生活建立連結,並且融入探索活動,而不僅止於知識建立。因為唯有從無到有的過程中,才能發現問題所在,進而思考理解、搜尋嘗試、進而有效解決問題。

以製作走馬燈為例,初階的問題就是在自己做的過程中出現。看人家做是一回事,自己做又是另外一回事,在腦海中的模擬訓練是必須的,但是實際上卻有可能面為接踵而至的狀況,真實世界並非理想化環境。
第一次做,可以先用自己的想法做,不要按圖索驥(先在杯底割出8片扇葉)
發現轉動效果有限,隨即思考、找出癥結點

一開始,在杯底割出扇葉就會面臨問題,考驗的是規劃與執行的能力。有些人會直接出手,不在意扇葉間隔與大小,有些人會規劃好間距與角度再動刀,但畢竟腦與手協調性因人而異,實際上割出來的模樣和理想中會有落差。想割出幾片扇葉,就是其中一項變因;扇葉摺起的角度,又是另一項變因。

另外一個影響的因素則是工具,合適的工具讓狀況迎刃而解,隨便拿的工具只會讓人心情不美麗。初期下手畢竟不比電腦執行精確、到位,也就是實力和運氣兼具,但執行的次數越多,熟練度越增,能將人為的誤差影響降至最低。
側邊再等距割出4片扇葉,杯外印有縱橫交錯的線條,切割起來方便許多
轉動效率大幅提升,有效解決空氣對流的問題

由於選用的紙杯杯緣大小與白熾燈泡圓周長相近,燈泡未被紙杯覆蓋的部分也同時對周圍氣體加熱,熱空氣雖然還是上升,但從杯緣進入補充的冷空氣有限,便發現紙杯要轉不轉的。也就是必須另闢途徑,讓冷空氣得以順利進入杯中補充,因此在側邊另開四片扇葉,看看效果如何。
 
支撐紙杯的支柱與杯底間的摩擦,當然也是影響因素之一
若是使用從乾電池拆下來正極金屬片搭配注射針頭,可大幅降低轉動摩擦

當然在扇葉的順時針或逆時針的安排上,可以花點巧思,每個人可以設計不同的扇葉開口排序與對比,全部開同一邊當然會轉得比較順暢些,總是要證明看看得好,不需要每次都做「想像實驗」,有些扇葉開不同邊也是另一種方式,杯底和側邊開口的方向不同也不錯,總是不要書上說什麼就是完全相信,做做看之後就是自己獨到的經驗。
 
雖然白熾燈泡的價格相對便宜,但是後續使用的耗電所費不貲
在節能省電的各式
LED照明設備夾攻下,白熾燈泡已經是快絕跡的時代產物

白熾燈泡的能源轉換效率不高,大約只有10 lm/W,也就是一顆100瓦特的白熾燈泡才能達到1000流明的照明效果,大部分的電能都變成了熱能,用久了可是燙得很,即使關燈了仍要小心,徒手換燈泡就像是拿到燙手山芋般,畢竟玻璃不是電與熱的良導體,還是隔著手套或抹布拿著比較安全。

 LED燈泡難道不會燙嗎?哪有這回事?電流通過封在燈泡內部的元件,燈體溫度一樣會上升,照樣熱死自己,所以不建議將LED燈泡放在密閉環境中(例如崁燈+燈罩),無法散熱的環境只會讓晶片縮短壽命,被自己排出的廢熱悶掛了。咦?下場怎麼有點像釀造酒裡的酵母菌被發酵後的酒精灌醉一樣。

2018年12月8日

科學玩具-物性-溶怪記事簿

很久以前,大創的玩具區還有這個翻譯成「溶怪記事簿」小玩意兒,從日文原意來看,就是妖怪便條紙的意思,也難怪包裝封面上出現殭屍、蝙蝠和骷髏頭;從英文「Dissolution Memo」更容易看出它的功能,也就是會溶解的備忘錄。既然會溶解,那麼在水龍頭下沖水,便可將便條紙破壞,使得文字無法辨識,這就是它的玩法。

玩法很簡單,先在便條紙上書寫圖文,讓其在水中浸濕
輕輕搖晃,即可將紙張纖維溶解

這裡的輕輕搖晃,其實是加速溶解、分離的過程,就如同鹽或糖放在水中時,玻璃棒的攪拌起了加速溶解的作用,說明書中所建議的搖晃動作也是提供擾動,紙張與水相對的運動使得紙張纖維較容易分離開來,比起靜置久候的效率更高。

包裝裡共有
15張便條紙,摸起來較一般的影印紙粗糙,沒有上漿的平滑感
請女兒幫忙寫幾個字,結果寫了她的心聲……

一開始,當然要做對照組的實驗,所以就將便條紙直接放在水中,等候它的分解。不過這一等還真久,可以看到它被浸潤濕透,但是便條紙的纖維還是非常團結地在一起,紙上的字跡仍可辨識。用攪拌棒撈起時,水的重量才讓纖維撕裂開來,不過,只要小心或力氣小一點,還是可以保持其完整性,這讓我聯想到撈金魚的紙網。
 剛開始攪拌時,可觀察到有被擾動到的部分纖維開始現形
隨著攪拌過程漸長,纖維出現的數量越來越多


便條紙由短纖維組成,乾燥後依靠彼此的附著力結合在一起
沒有其他的複合媒介,所以容易遇水而分解

短纖維的組成在橫向及縱向結構上的結合力均不大,便條紙的韌性明顯不足,所以靠的就是「壓密」,讓好幾層的短纖維有機會疊合交錯在一起,乾燥後才不易散開來。再生紙也是將原本的纖維摻水、打散、打斷、重組,再製作出可重複使用的紙張。

心裡不由得這麼想,這種便條紙跟可以丟進馬桶沖掉的平版衛生紙有什麼不一樣呢?衛生紙剛丟進馬桶時,經過一段時間同樣不會散開,而當馬桶沖水時,水流的擾動才會將衛生紙沖散,馬桶才不會阻塞。想一想,還真的好像,所以溶怪記事簿……也可以放在廁所中使用?