2013年2月3日

科學玩具-能量轉換-燃燒吧!鋼彈!


猜猜我的身價?有這麼閃亮的外表,一定有鍍上鉻金屬哦
但可別只看外表,我可是很有料的

別因為外觀很像,就以為它是武功高手手中的功夫球。外觀因為有鍍上一層鉻,所以不但可以防鏽蝕,也由於太過閃亮,容易讓人注意到它的存在。不過卻因為沈重,所以很難用一隻手掌握得住。剛拿到它的時候,沉甸甸的重量感讓人感受到它真的是實在又有料。
鏡面外觀可以拿來當凸面鏡哦(我躲得很辛苦哩)
所以當兩顆球相對的時候,可以看到彼此的正立虛像一直反覆出現,而且越來越小

俗話說得好:「一個巴掌拍不響。」當然單獨一個球,但是只是晃來晃去不碰撞的話,也很難發出聲音。基本上它可以拿來當作碰撞實驗的素材,大夥兒都會想球體對不對?因為這是最單純的形狀和情形,也蠻適合拿來談碰撞學說的細節。順便可以讓學生討論剛體或彈性物體的碰撞有何不同。
直徑大小為兩吋的鍍鉻鋼球,和一元硬幣相比就可約略度量體積的大小
但小歸小,質量可大得很

記得康版教具中曾經送過一個力學能守恆的碰撞實驗組,可以將位於高處的鋼珠重力位能轉換成動能。但由於兩物接觸並相對運動時,U型軌道上仍難以避免的有摩擦力存在,所以鋼珠會越滾低,因為有部分的能量被轉換成碰撞及摩擦時的熱能或聲能了。

既然原有的能量實際上會損耗到其他的地方,轉換成不同的形式,而使得可用的能量越來越少(這是熱力學的第二定律)。以前有美國的教師想到了一個教學點子,如果兩顆鋼珠直接拿來碰撞話發生什麼事呢?當然不會有什麼事!我也做過,紙張只是被打薄了一點點,並沒有任何特殊的地方,而若無其事的原因略述如後。

首先,鋼珠質量太小,也就是口語中的「太輕了」,所以要換成大一點的鋼球,才能增加動能;再則,除非像子彈一樣速率夠快,不然擁有的動能其實並不大,而一般人的家裡並沒有特殊的加速裝置,只能靠萬能但就是這個不能的雙手。既然動能沒有那麼多,能轉換出來的能量當然就寥寥無幾。另外,碰撞時的接觸面積也是需要考慮進去的因素之一哦!

後來在2010年物理教學示範與研討會上,也有國外學者演示了這項教具,吸引了許多人的目光。當兩個直徑2英吋大小的鍍鉻鋼球撞擊在一起時,撞擊點上會產生熱,熱如果足夠,就會在「普通的紙」上燒出一個洞哦!(會這麼說是因為我拿圖畫紙來試驗時,只有撞出洞來,但是並沒有燒焦的跡象)
撞擊完後的普通紙張上出現三個大小不一的洞,顯示能量轉換的程度大小有差異
而且每一次碰撞瞬間作用的點和交互錯動的方向、角度也未必相同

燒灼出來的洞周圍,仍可以看見焦黑的碳
用鼻子聞聞看就知道有股熟悉的氣味,紙張被燒焦了!

這兩顆飽滿、夠重的鍍鉻鋼球,我把它們稱之為「鋼彈」,彌補了質量不足的空虛感,但這種缺憾卻是用錢填滿的。日本貨一顆要價500元,雖然兩顆得付1000元,不過還是比美國教具網站上的價格便宜,也比被阿魯巴阿破的那一顆便宜得多。

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