生活科學－壓力－吊車下的壓力

壓力決定於正向作用力與作用面積，這兩個因素裡的正向力越大及接觸面積越小會讓壓力越大，而正向力越小及接觸面積越大會讓壓力越小。所以，非常重的物品如果接觸面積極小，極有可能貫穿其他物體，像圖釘般的尖銳造型就可以施以些許力量而將紙張輕易刺穿並進入公佈欄木板。

反過來說，接觸面積大的話會使壓力減小，就像大象那麼龐大的身軀，過量的體重也只有靠四隻腳支撐，因此牠的腳掌面積得要比其他動物大一些，才能平穩地腳踏實地。如果大象的腳底像羚羊的蹄，那麼牠的腳印會變得深刻許多，這也就是印象深刻的由來（誤，別鬧了！）。

不過，在路上偶然看到龐然大物也會讓人無法不去注意它，像是起重機、怪手或吊車，它經過的時候除了轟隆巨響以外，還有無法忽略的地面振動傳導過來。這時大家通常是退避三舍，紛紛讓路，於是蠻常看到這種大型機械車的車尾號碼牌。不過，這次引起我注意的還不只這樣，因為號碼牌底下還有一面黑底白字的車體重量標示。

照片中哪裡奇怪？先拿出你柯南般的真本事吧！

嗯……重量23.56公噸，也就是23560公斤，如果這就是全部的正向作用力，就會出現平均每平方公分155公斤的接地壓力，即可推算出與地面的接觸總面積是152平方公分，假設這輛吊車向外延伸出四支輔助腳架，則每隻腳架的接地面積為38平方公分。這麼小的面積是合理的嗎？我是很懷疑，但可能還有其他的面向還沒考慮到。

不過講了那麼多也做了很多提示，撇掉數字的疑惑不談，你發現了問題在哪裡嗎？就是壓力單位的問題，位於分母的面積單位應該是平方公分(cm²)，而不是公分(cm)，那消失的「２」去了哪裡？應該不是新車出廠時就出了問題，而是真的掉漆囉！

生活科學－壓力－壓抑，瓶返

前些陣子去了一趟青青草原，帶著妻小去看羊與餵羊，也在稜線上行走了一圈，趁著其他遊客去看剪羊毛的舞台秀時，在木棧小徑與綿羊城堡外拍下當時的高山風光，呼吸到新鮮的空氣，總算是完成老婆交代的任務，從山上到山下的過程中，有些變化慢慢地在呈現，雖然隱晦不明，但最終仍是露了餡。

變化包含了時間與空間等面向，尤其是時值冬至前後，下山時，時間上可以看到太陽逐漸西下、天色由藍轉橘紅，也可以感覺到高低起伏、左彎右拐的空間變化，到了平地之後，雙線道變成四線道，視野也和山上不同。只是這些都是看得到的，其中也有看不到的，不管在車子內還是車子外。

氣溫就是其中一項，山上的氣溫較低，海拔平均每上升100公尺氣溫會下降攝氏0.6度，如果是2000公尺的海拔，攝氏溫度可能就較平地低了12度左右，這只是個概值，當然還要看當時的地形環境、風速風向與相對濕度而定。另一方面，最大的感覺就是壓力變化了。

以前貼過一次因為壓力改變而影響洋芋片包裝體積（生活科學─壓力─此消彼長，真是氣壓）的文章，從生活中體驗波以耳定律的神奇。這次也是一樣由壓力來影響體積，不同於以往的是看到寶特瓶是被擠壓而扁掉。

大家應該都很熟悉這個通往國道六號的路口，也就是在這裡發現變扁的瓶身

不過要出現這個現象是有必要條件的

讓密閉的空間體積縮小有兩種方式與壓力有關，其一是減少密閉空間內部的壓力，像是在鋁罐中放少許水後加熱，待內部氣體被水蒸氣排擠得差不多後密封，丟入水中冷卻而被大氣壓力壓扁；或者是喝鋁箔包飲料時，一口氣喝得越多，鋁箔包變形程度就越大。另外，也可以增加外界的壓力，例如以前日本拍攝的科學影片中就有將空的沙拉油油桶沉到大海中，觀察油桶隨著深度越深而逐漸被壓扁；或是在針筒裡面放置棉花糖，封住筒身前端，再將活塞往前推也可以看到棉花糖從蓬鬆變成皺皺縮小的模樣。

這次的寶特瓶是屬於後者，由山上到山下的路途雖然蜿蜒，但是海拔高度逐漸下降，密閉的寶特瓶內氣壓並未變化，過程中的變化只有大氣壓力逐漸增大。原本在山上的寶特瓶內氣壓和高山上的大氣壓力是相等的，所以瓶身可以維持原狀。但是當大氣壓力隨著海拔降低而增加時，瓶內氣壓不再能與接近海平面的大氣壓力相抗衡，所以會由外向內被壓得變形。

如果沒有先把瓶內的飲料先喝掉大半，瓶子是很難被壓扁的

也就是氣體占瓶內空間的絕大部分時，氣體的可壓縮性才會明顯呈現

會不會完全變扁？其實不會，除非完全沒有內容物。打開瓶蓋時，氣體會「嘶～」的一聲從瓶口鑽進去，讓內外壓力再次平衡，富有彈性的瓶身隨即恢復原狀。

科學玩具－電路－改裝冰塊燈

拆開那堅硬的冰塊燈外殼的方式，似乎就只有拿把榔頭將塑膠敲碎，不然想等它自然分解，應該是千年之後的事情。不過，如果別有用途的話，即使拿著榔頭也要小心翼翼地敲著，深怕一不注意用力過猛，將硬殼中的物品也順勢搗毀。由於是要研究裡面的電路有什麼特殊的設計，所以敲的時候不能太過隨性。

就像敲破玻璃一樣，總會有些碎片仍留在框上，所以還必須用尖嘴鉗將這些與研究不相關的碎片一一剔除。想將裸露的電路板拔出來的時候，不難發現一件重要的事，不輕易地讓人拔起的原因是來自於形狀，而且是釘狀的金屬接點。圓弧面的金屬接點有幾個優點，一是黏貼在塑膠外殼上時不會有太大的縫隙，加上一點黏膠後就可以防水，另外則是讓可以導電的外物（人體、金屬或水溶液之類的）碰觸時較無異物感。 

從這個方向來看，可以看出冰塊燈內部的電路是如何設計的
 三個圓圓的，中間有綠色小點的地方就是水銀電池所在的接點

排除這個因素之後，電路板其實就只是稍微被卡在狹小立方空間內的一塊平板而已。看著它的電路連接圖，突然有一種好想哭的感覺，因為根本沒有什麼特殊的電路原理應用，最重要的就是LED、控制燈光閃爍順序的晶片和三顆串聯的電池，其他什麼都沒有，而且很不環保。

小小的，一點都不起眼的晶片，卻是冰塊燈的靈魂

控制著閃光的順序，確保每一次的發光流程都是一致的

最占空間的反而是三個電池，不是增長使用時間的並聯，而是增加電壓的串聯

如何正負相接，其實細節就刻劃在電路板上

既然電路形成通路才能使電器正常運作，那麼水溶液中的離子扮演了溝通電路的角色，正離子移向負極，負離子移向正極，讓沒有電線的水溶液也能成為電路溝通的一部分。不過離子數量決定了電路溝通的難易，因此在確保冰塊燈可以作用下，電壓成了最重要的驅動力量，串聯的三顆電池初期為4.5伏特，利用較高的電壓讓電阻大或離子數少的部分也能成為電路的一部分。

既然明白了裡面並無太大的玄機，那就來改裝吧！將短短的金屬接點拔掉，用較長的迴紋針來替代，讓測試的範圍可以跟著延伸，改裝成一個小型的導電測試器，所需要用到的技巧的不過是焊接而已。由於電路板體積狹小，所以建議準備個附有夾子和放大鏡的的工作平臺，將板子固定住再焊接會節省很多時間。

沒有將迴紋針完全扳直，留下圓弧，接觸時不致刮磨或刺傷

確保焊接處的完整與固定，就可以讓它再發揮功能

了解了裡面的原理之後，其實剩下的就是如何包裝了，腦筋動得快的商人把這樣的裝置包覆在塑膠殼內，設計成在飲料裡閃閃發亮的冰塊燈，靠著一點點巧思賺到了不少錢，市面上還有功能相同但卻是其他不同包裝的商品，像是浮水燈、水生動物造型燈，多了些選擇，但是在防水防拆的前提下，卻也是環保的殺手。

只要確保不為斷路，測試之後當然是OK的，因為只是將接點延伸而已

所以在丟掉電器之前，不論大小，拆開來看看滿足自己的好奇心吧！

科學遊戲－物性－結晶，「糟晶」

為什麼為下這個標題呢？因為平常營隊活動辦完之後，總是會有一些湯湯水水的水溶液，直接倒掉很可惜，這也是污染環境的鐵證，要不然就是將心比心，試想，即便是無毒，但如果有人貪圖一時之便，趁著四下無人倒一大堆廢液在你原本的生活環境中，你會不會抓狂？更何況是濃度接近飽和的高張溶液。

所以如果是單一藥品水溶液，通常就會承裝在淺水盆中靜置一段時間，等水分蒸發，就能得到一顆顆的結晶。蒸發的快慢與當時的空氣流動、水溶液與空氣的接觸面積、溫度、溼度和飽和蒸氣壓有關。溫度越高，飽和蒸氣壓越高，也就是單位體積內可以容納水蒸氣分子的量越多，因此蒸發速率可以提升。這裡的溼度為相對溼度，也由溫度影響而在座標圖上形成一段平滑曲線。

與空氣的接觸面積大，蒸發得快是基本常識，就像潑灑出去的水乾掉的速度比在盆中的水速度快，盆中的水乾涸的速度比在管中快上許多。因為蒸發是由液體表面分子所進行的行為，當其分子動能足以掙脫分子間作用力時，才能離開表面成為氣體分子。既然如此，就還跟水溶液當中的溶質特性與數量有關。

所以當水分都蒸發時，最後留在容器內的就是沸點較高的溶質，而這次我所選用的是食鹽水，所以留下來的就是白色的實驗結晶。一方面是容易取得與操作，二方面是真的要回收再利用，不想直接倒入水槽中，幫水中生物瘦身。

淺水盆中不再有水，而是剩下沸點較高的食鹽

當所有頻率的可見光在表面進行漫反射或折射時，讓晶體看起來呈現白色

等呀等的，食鹽水溶液放在寶特瓶裡面好一段時間，液面看起來幾乎沒降低過，所以後來才改放在淺水盆中。慢慢地，一顆顆、可見的四方型結晶晶體出現了，而且時間越長，晶體長得越大且層層堆疊，紋理也越來越明顯清晰。

這一部分是養成比較久的鹽晶，是肉眼直接可以觀察的大小

但由於沒有去挑選大小與刻意排列，所以散佈在裡面的晶體各自長成的方向也不一

不過，由於等待的時間真的很久，加上只是想回收其中的食鹽，所以在某一天風和日麗、溫度也飆高的夏日午間，我將淺水盆拿到戶外曝曬，過了一、兩個小時後再端進來，水分雖然很快地不見了，但是結晶也「糟晶」了，形成錯綜複雜的大塊鹽塊。以前沒有這樣操作過，所以是第一次看到這樣的現象，也是第一次體會到地球科學課程中所提到的火成岩冷卻時間對於結晶大小的影響，雖然火成岩與食鹽結晶是不同的機制，但類似的部分卻適用於學習遷移。

在中午日光下急速蒸發的結果，就是產生了顆粒較細緻的食鹽粉末

夾雜在大型結晶晶體的間隙中，形成了錯綜的白色小徑

生活科學－簡單機械－垃圾拾取器

簡單機械在生活當中處處可見，但是幾乎讓人忘了它的存在，它幫我們解決了很多事情，可以是省力或省時，又或者是操作方便。給我們帶來的是生活上的便利性，使用工具的習慣讓文明與歷史向前邁進一大步，而材料與力學的推波助瀾更是幕後的功臣。

在正常的情況下，作功所輸入的能量往往會被外界環境的因素所消耗掉一部分，這一部分可大可小，端視阻力所作的負功大小而定，而往往摩擦力的影響就佔了很大的一部分，所付出的與所獲得的不相等，因此大家常聽到的能源轉換效率才會一直小於一，就好像在繳過路費一樣。

不過，只要將各類型的簡單機械組合起來，就會出現很多不一樣的形式，提供各種不同的功能。香港迪士尼人來人往的園區裡，在小孩子等待爆米花裝盒的同時，一旁獵豔的……嗯……獵取經驗的我看到了一個蠻好用的工具。一位工作人員在撿拾只顧享樂卻把公德心順手丟棄的遊客所一併留下的廢棄垃圾。

這不是拐杖，而是垃圾拾取器，不用彎腰就可以將地面的物品夾起來

這樣方便的工具裡面也應用了簡單的科學原理

大家手邊沒有工具時，想把看到的垃圾撿起來時，應該不外乎兩種動作，一是蹲下，二是彎腰，相信這些的動作對年輕小朋友來說或許不是甚麼太大的負擔，但是對於以清潔為主的工作人員而言，這可是一直磨損與使用膝關節、腰部脊椎的重複性工作，長久下來會有職業傷害的，因此這種可以優雅的站著使用的垃圾拾取器對於服務人員來說是一大福音。

它所使用的就是槓桿原理，利用手掌將施力端朝掌心握緊，那麼抗力端便能夾緊。此外也利用金屬與彈簧的彈性，讓金屬變形之後可以恢復原來的弧度，使內部彈簧可以縮短回沒有受力的狀態，所以前端的夾子方能再度打開。另外，夾子末端使用黑色圓型的橡皮墊是為了增加摩擦力，加上溝槽的輔助，可以讓地面的垃圾被壓著後彎曲變形，就像人的拇指與其餘四指般地將垃圾夾起。

善用工具，做起事來可以更有效率，選對工具更可以減少無謂時間的浪費，是方便的利器而不是傷人的武器。思維決定了行事模式，眼界限制了氣度範疇，如果主事者去國外考察的、所帶回來的能對國內有實質幫助，能讓第一線執行人員感受到，相信民眾都會支持，國外企業對員工的支持與對形象維護的用心，絕不是那A4格式抄抄寫寫的考察報告就能交差了事，試著讓人民生活在美好的環境中，其實不難。