身邊的素材是我最喜歡的資源，因為隨時可以拿得到，又不怕它有一天突然消失而使讓貨源中斷。當然有一些物品要有備無患，例如隨著數位相機的問世而逐漸退出市場的底片盒，就是見證時代進步的標竿之一。但是有些東西確實是隨著技術的進步而益顯精緻與實用。
一個透明塑膠杯，加上一支彎曲的管子，讓科學原理無所遁形
利用身邊的材料重組可以做出和精品同樣的效果，並讓裡面的原理披露出來，達到教學的效果，坊間可以見到的九龍公道杯即是一例。幾年前買過兩組公道杯，但是現在在網路上完全找不到了。當初一組（含杯子和底座）入手價約上千元，中間有龍頭造型，四周以龍騰雲霧間的彩釉描繪裝飾，煞是精緻。當上面的杯子漏水時，還能用底下的容器承水，完全不會沾濕桌面。
動手做一個杯底明明有個破洞，水卻流不出來的神奇杯子並不難
只要以壓力與流體力學的理論為基礎，素材和造型的選擇就可以千變萬化
為了讓大家看得到，所以選擇透明沒有橫紋的飲料杯
中間的彎曲管子才是主角，為了不變形與流動順暢，故選擇用硬質玻璃管來做示範
公道杯的起源相傳是明太祖年間，一位縣令要求「禦窯廠」的瓷工製作出來進貢皇上的。此杯盛酒最為公道，盛酒時只能淺平，不可過滿，否則，杯中的酒便會全部漏光，一滴不剩。
其實利用同樣原理的杯子有很多種名稱，依照地域與時代不同而有多種俗名，像是「懲罰杯」或是沖繩石垣島有名的「教訓茶碗」等等…怎麼做才會流出來？怎麼做又才不會流出來呢？其實知道其中的奧秘之後，就可以依照自己的意思來決定。
水是透明無色的，所以為了方便觀察，我又用食用色素調了一瓶綠水
它是運用虹吸原理(Siphon Principle)製成的，主要是管內兩端液體壓力差的問題。杯子中間暗藏一個連接到杯底的中空通道。當水倒至中空通道的最頂端以下時，水並不會流出來，是因為管子的兩端，內外相通，都是承受著相同的大氣壓力。當倒入的水超過中空管道的頂端時，水就會開始流，一旦開始就會全部流光了，直到杯子底部。
當水面在杯內吸管開口以下時，水完全不會漏出來，和普通的杯子一樣
這麼說吧，水「無處可去」
即使是加水加到這個高度，杯內的水依然是紋風不動
這是因為以吸管連通的杯內與杯外的大氣壓力相等之故
但是只要杯內液面超過吸管頂端一點點，水就開始流出來了
會用透明的杯子和管子，是因為現成的作品，讓人看不到箇中奧秘
當水從管子裡流出來時，水由於本身的重量，使得水沿著管子往下流。在杯子內部的液體有大氣壓力和超過管內彎曲部位的液體壓力的加成，便會大於杯子外部的大氣壓力，這種壓力上的差異，便是形成這種現象的原因。水一旦從管中流出來，如果後段的水不補充上來，管內的壓力便會因為體積增加而降低，類似真空狀態，其實這樣更會驅使後段的液體升上來。
此時杯子、管子裡都充滿了水，這和在開了個洞的杯子裡倒水的情況相同
如同一洩千里，在氣壓和液壓的雙重作用下，擋都擋不住
流到最後階段，如果液體不持續補充上來，管內便會形成這種狀態
氣體與液體相間，我把它叫做「液氣用事的柺杖糖」
形成液氣相間的原因在於液體與氣體同時間被壓入中空管道中
但杯內液面由於已經在管口以下，不可能連續補充上去
所以氣體便趁隙而入，形成這種好玩的現象
當然你也可以用身邊的飲料杯或吸管來做這個東西，就取決於想要達到的目的是什麼，也就是你想做科學魔術的演示或實驗原理的剖析。可以用透明的杯子，也可以用不透明的杯子，做法不同，教學流程不同，效果便不一樣。當然可以買現成的東西，讓他們觀賞把玩，不過就好像直接給學生一條大魚，順便還幫他們料理好，是達不到理想的教學效果的。當然科學教師最好是可以自己動手做一、兩組備用，也讓學生做做看，真的不會太難。若有嫌麻煩的想法而把自己限制住，怎麼去玩出更多的創意？
沒有留言:
張貼留言