2013年5月31日

科學玩具-力學-水中沙畫

每次去逛高雄市科學工藝博物館時,除了展場以外,總會去禮品販賣部看看有什麼新穎的玩意兒,可以帶回去給兩位小朋友增長見識,其實見識倒是不一定,但是見聞是可以增加的,平時多給一些刺激,也許以後在某個時候開始發芽也不一定,所以有實體的東西,只要不會太貴,我通常都會買回家。

其中有一個存在已久的水中沙漏,我最初的印象已經是30多年前的童年了,到現在還是很喜歡把玩,因為就跟沙漏一樣,可以使用翻轉的方式來讓玩興一直延續下去。裡面的沙子會因為排列的不同而有不同的圖案出現,所以在紋路上的相同性不會太高。
黑白對比出來的沙畫,就像是山與谷之間存在著路徑或河道
雖然是平面的東西,不過看起來非常像用光影技法的立體畫

裡面的沙子密度大,所以會在密度相對較小的水中下沉,而沉降的沙粒會在平台上累積,過多的、無法停留的沙粒就會從平台間的縫隙中滾落下去,層層疊疊,直到落到最底下由邊框擋住為止。基本上,這種擺飾品裡面至少有兩種顏色的沙子,形成對比,讓形狀、紋路慢慢堆積,也讓深淺的對比逐漸浮現。

翻轉時,不溶於水的沙粒會因為不同的角度、力道,或者是流體的運動而讓其掉落的次序和路徑每次都出現些微差異,使得每次出現的紋路堆積樣式稍有不同。沙粒會在彎曲的底板上開始累積,不過沙子的降落區侷限在某些特定的隙縫,使得隙縫下方的沙丘呈現出越來越高的態勢。
剛翻轉時,有些上浮的氣泡會影響沙粒的掉落,所以不是同時沉降
隨著氣泡找到縫隙逐漸上升,沙子也逐漸降落到底下的沙丘上

但是斜面是個省力的簡單機械,也就是說沙子向下堆砌成逐漸隆起的砂丘時,向下的重量會在斜面上形成與斜面垂直的正向力以及與斜面平行的下滑力,斜面的角度會改變這兩個力量的比例。一開始累積時的角度不會太大,所以正向力的比例比較大,平行於斜面的下滑力相對的比較小,所以沙丘增高的幅度大於增寬的幅度。
當然中央的隔板的形狀和彎曲度會影響沙丘的形成
但是裡面的氣泡也是不可忽略,右上角的堆積過程中連泡泡都被包覆在裡頭了

越大的角度(坡度越陡)會讓下滑的力量增加,使得沙子容易滾落。另外,沙粒的外形使得它容易移動(不論是滑動或滾動),這些因素都使得沙丘的傾斜角度受到限制。最終塵埃落定時,在中央的隔板上所形成的沙丘輪廓看起來都是大同小異。
背景的對話頗令人玩味

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