生活科學－光學－迴光返照的反光貼紙

這是個一切都要從校園最陰暗的角落開始的故事……

話說N年前，有一個不知道是幸運還是不幸的老師調回了台南，知道介聘成功才剛高興一個半月的老師於當年七月的最後一天，也就是新學年度開始的前一天，接到了來自校長的電話：「這一年就麻煩你就當生教組長吧？」我知道那句有問號的話並不是問句，也不是徵求我的同意，所以就這樣開始了昏天暗地的學務處的一年，誰叫我菜。

所以在這爆肝的一年做了很多配合上級要求而必須砍樹的評鑑，其中一項就是交通安全。記得有一天承辦人員建議我去看前一年獲獎的學校的評鑑資料是怎麼做的，當然我也想知道怎樣執行業務才能做到盡善盡美，所以從善如流地撥了一天下午領域時間去見習，哪知一到資料夾擺放場地，傻眼到眼珠差點沒掉下來。

24本厚厚的資料夾一字排開在我眼前，彷彿聽到如咒怨般的呢喃：「來浪費生命吧～來砍許多樹吧～」如果真的要這樣做才能代表業務執行績優，才能獲得評審青睞，才能代表縣市得獎，我寧願不做，這不是曾經獲選為環保有功教師的我該做的事，也不是為人師表該做的事，我不想玩這種資料無限複製印刷的遊戲，所以我退出了。

這是當初在學務處裡的反光貼紙，XM公司將反光板做成貼紙般的薄片

讓用路人能將它貼在明顯的地方，發揮反光提醒的效果

記得那一年拿到這些樣本的時候，還不知道該怎麼處理，因為數量不多，所以只好給分發給一些糾察隊使用，自己則留了一些當作資料保存。直到後來，有了LED放大鏡這個得力助手之後，才有機會一窺裡面的玄機，看看它是怎麼把光線反射到最佳的角度，而不止是光線強而已。

左邊照片中的粗黃色線條是放大之後的格紋，較不會反光

發揮反光效果的是裡面排列整齊的陣列圖樣，每一個菱形都會將光線反射

光線入射時，若能沿原方向平行射回，才能收到提醒光線射出那一端人員的效果

這張大圖明確地顯示光源會有六道反射光的對稱圖案出現

為什麼會有六個對稱的影像呢？如果我們思考一下座標軸就不難發現為何要這樣設計了。這麼說好了，只要是國中生都應該做過入射光線與反射光線為相互平行的題目，其中的兩面鏡子需要呈現90度的夾角才能成立。因此若是3D中的X、Y、Z三個向度，就需要有六面鏡子，那該將這些鏡面怎麼擺設才能平行反射來自任何角度的光線？XM的工程師想出了做法，並把它做成效果不錯的商品在市面上販售。

後來當導師之後，還真的是脫離不了昏天暗地的生活，總得等到學生騎腳踏車回家，我也忙完之後才出得了校門。有時真的是低著頭就會撿到寶，我曾經撿過1～1000元不等，也有撿過雜物，雖然沒撿過骨頭，但這次卻讓我撿到了遙遠的記憶－一片從學生腳踏車後輪罩上掉下來的反光板。

正反面比較一下，左邊是平時面對後方的光滑面，反光效果較佳

右邊是反光板的內部，平時沒多大機會看到，但玄機就在這裡

用手觸摸，可以發現凹凹凸凸鋸齒狀整齊排列，而且角度特殊

使用閃光燈拍一下，將原形畢露

反光板內部的排列就像連綿不絕的小山丘一樣，一波未平一波又起，但仔細一瞧，卻發現不是那麼簡單，每一個突起就好像正立方體的一角，整齊地一列列依存著，像這樣的三角錐左右彼此之間相鄰的面呈現垂直，兩者與下一列相鄰的面同樣也是垂直，所以光線不管從哪個角度進來，只要射到其中一面，其他相鄰的面就會將光線平行反射回去原來的地方。

小小簡單的突起設計，規律的垂直面之中發現規則，這只是光學基本原理的應用

畫面中央隱約有一條斜向的分隔線，分格線兩邊的突起角度稍有不同

採用非點光源從光滑面將光線入射，由於光源面積大於圖案排列面積

也能發現到處都有類似六面對稱的反射圖案

不同的區塊排列角度稍有不同，像圖中的反光板就分成三個區塊

以反射來自高處、中央、地面上的任何光線，保護腳踏車騎士的安全

如果要反光效果好、隨貼即用並且要扁平化（縮小體積）的話，就要選擇貼紙類型的反光貼片，但是價格就會稍高，也就是所謂的一分錢一分貨。一般腳踏車擋泥板上所附的塑膠反光板是由兩個部分所構成，光線會穿透過外層的紅色塑膠板，並和另外一片鍍上銀色薄漆的塑膠板組合在一起，由銀色的塑膠板來增加光線反射強度。

這是太魯閣某座橋樑邊的反光標示，其中圖案紋路以圓型的方式排列

有時候路邊還會有這類物品遺體殘留，絕大部分是不專心的駕駛人肇逃所遺留的

科學玩具－運動學－拉桿陀螺

在科工館所推廣的研習中，有一場是跟齒輪、框框與洞洞條有關，而這些零件可以組裝成各種不同的機械，應用簡單機械中的槓桿、齒輪與輪軸等原理，設計功能性各異的拼裝玩具。而且這一場材料包可以完成的是拉桿陀螺、投石器與氣球車，透過比賽的方式讓研習老師闖關並完成競賽。

曾幾何時，古早味的木製童玩變成了塑膠製組裝式玩具

失去了木製品溫暖的觸感，換來塑膠冰冷的感覺、自製與組裝過程時的樂趣

過程中不難發現理論與實際操作要達到巧妙的平衡才能讓作品出色，如果是純理論派的人，在競賽的過程中其實並不會佔到太多優勢，而純實作派的人，則有可能落入不斷嘗試錯誤的窠臼。因此，邊做邊觀摩、討論，其實可以將理論與實務雙璧合一，讓兩者相輔相成，不致偏廢。

在製作拉桿陀螺時，其實可以先玩玩看拉線陀螺（科學玩具─運動學─拉線陀螺），嘗試拉線纏繞的長短對於轉動時間的影響，還有不同的線材對於轉動的難易後，再進階製作不同形式、長度的拉桿，搭配不同重量的陀螺，當然場地的狀況也是影響旋轉的重要因素。

拉線陀螺改良版，利用一些零件組裝成握把與陀螺本體

使用長桿來延長施力距離，增加作功所給予陀螺的能量

場地當然是光滑些比較有利於長時間轉動，所以像以前流行過的戰鬥陀螺都會有特製的戰鬥盤，利用向心力來限制陀螺在一定的範圍內旋轉。而陀螺的配重與初始轉速決定了一開始的轉動動能，能量夠多就能做越多的事，因此跟如何讓陀螺本體轉動有非常大的相關。

像是照片中利用了輪軸與大小齒輪的搭配，讓拉桿在半徑小的軸上運動，使得半徑大的輪旋轉同樣的圈數，而在抽離時，大輪的轉動帶動了陀螺上的小齒輪，讓作功距離透過簡單機械地的組合而以倍數增加，讓陀螺可以轉動得既快又持久。也可以從這樣的現象觀察延伸到齒輪箱調節變速的實際應用。

延伸閱讀（科技大觀園）－－
１、溜溜球
２、陀螺環
３、旋轉椅

生活科學－電磁－動圈式麥克風

從資源回收桶中常常可以發現一些對別人來說是壞掉、沒壞但不堪使用的東西，但是對理化老師卻是生活教材的寶物，不過同樣的東西撿個幾次，教學上夠用就好，或者是讓每張實驗桌上能有一套，不然一直回收的話，沒有一間倉庫是沒有辦法擺放那些堆積如山的回收資源的，但偏偏不是每個人都有辦法再另外買一間房子來當倉庫的。

搬教室或換辦公室的過程中，常常會清出一些備而不用的，像我就撿過全新的數學空間概念教具盒或是強力磁鐵條。一些能修的就修，不能修的就拆，反正它原本就被丟在回收桶內，能修好的話就是延續價值的功德一件，不能修好的話也是有機會認識裡面的構造，而且這個機會是自己找的。

平常可以做的，就是幫忙學校的同事修理班級麥克風線接頭與接線盒，只需要裁切與焊接等簡易功夫，不是動刀就是動槍。就最近找到的物品來說，麥克風算是常見的，既然自己的麥克風沒機會壞，那就來拆別人不要的麥克風吧！

這支壞掉的麥克風，不管品牌或型號，標籤上所註明的有助於認識它的效能

像是動圈式、頻率、阻抗、感度和接頭直徑等等有用的資訊

首先就是把保護網蓋拆掉，其實這是個蠻簡單的動作，不是轉轉看就是敲敲看，不然大部分的情況就是自動會掉下來。這些麥克風大部分都飽受摧殘過，並不是因為使用的老師不愛惜，而是學生在教室走動或跑動時，不經意地將腳勾住麥克風線，然後讓麥克風掉落撞擊地面，所以網蓋才會脫落。

另一個會壞的地方就是焊接處，原因在於不當外力的拉扯

只要內部線圈不斷裂，通常是將底下的接線焊接上去就能再度使用

最上端有一個黑色的網罩，可防止異物入侵損及更內層的振動膜

稍微用力就可以取下

網罩取下後，就是振動膜，也就是接收振動訊號的第一線

這一層貼在鋼片上的薄膜可千萬不能被按壓到

外力讓薄膜變形而不能正常來回往返的話，就不能發揮接收聲音的功能

之所以稱為動圈式麥克風，顧名思義就是線圈因振動而來回往返，而且構成線圈的漆包線不能太粗，不然匝數無法提升。此外，匝數也要足夠，電磁感應的效果才會出來，感應電流才會增大。不過其實這是兩難的問題，線圈細使得匝數增加時，電阻就會就會因截面積小和長度增加而增大；線圈粗使得匝數減少時，電阻減小但感應效果卻不佳，感應電流就不會太大。因此，必須不斷地在兩者之間取得最佳的平衡。

漆包線圈黏在薄膜上，只要薄膜一動，就會連帶帶動著線圈振動

線圈在磁場中運動時，就能因為磁通量的變化而產生感應電流

那麼磁鐵在哪裡？其實就在線圈下方，而且其磁力線恰好穿過線圈中央空心區域。當聲音隨著空氣的振動傳達到薄膜上時，薄膜因為這樣的能量而產生共振，使線圈連帶著動了起來。運動中的線圈內產生磁通量的變化，因而產生了感應電流，電流訊號傳遞到喇叭後，聲音便被放大傳達了出來。

線圈下的磁鐵提供了磁力線，但是磁鐵並不會移動

而是線圈在運動過程中改變了線圈內部的磁通量，繼而產生感應電流

麥克風內的磁鐵不一定是環狀的，但線圈的樣式一定是圓形的

還有些品牌型號採用強力磁鐵，讓磁場變化時更為明顯

像這樣拆解的過程，會發現所認知的跟業界所採用的樣式雖然不一定完全相同，但是原理卻是不變的。知識和技術不一定會同步，有時候互有領先之姿，但必為表裡之用。所以建議大家，東西壞了要丟之前，不如先留著，在安全許可的情境下，讓小朋友拆開來看一看吧！

科學展覽品－視覺－Pixar視覺暫留平台

科學展覽品－視覺－視覺暫留平台

可以展示視覺暫留的圓柱型平台，運轉時搭配許多分解動作與閃光

讓前一個動作與後一個動作相連接形成看似連續的動作

在科教館看到一個和科工館功能完全相同，造型也很類似的展品－視覺暫留平台，而且還有志一同地放在地下一樓，不太明亮的燈光配合著演出，讓閃光的效果得以呈現。市面上有一種有舞台效果的燈具，叫做爆閃燈或閃頻燈，如果想玩玩視覺暫留的科學遊戲，可以買來試試看。

何謂視覺暫留(Persistence of Vision)？
當物體的影像投射在視網膜上，我們就可以看到這個影像，而當物體消失時，這個影像仍能保留十六分之一秒，超過了這個時間，影像就會自動消失。這種現象，就稱為視覺暫留。電影、電視以及卡通影片，都是以每秒播放二十四畫格的方式來呈現出連續動態的效果。

因為要在一秒鐘裡面閃爍明暗很多次，所以對於電壓與頻率要求還蠻高的，好一點的還可以調整閃爍頻率，達到適合觀看的明滅要求。曾經異想天開地拿裝在腳踏車後方的警示燈來試試費納奇鏡轉盤，但是完全沒有理想的效果，即使是警示燈最快的頻率，看起來也只是紅色暗房中的不連續畫面。所以警示燈還是裝在腳踏車上就好，因為閃太快幾乎就等於沒閃一樣。

視覺暫留平台
本平台便是將動作有些微差異的卡通玩偶，依序固定在可以旋轉的圓盤上，當源盤快速轉動時，加上動態的閃光，就會讓人感覺到圓盤上的玩偶定點開始動了起來。而此特效，就是利用我們的視覺暫留特性來呈現。

還好只是短時間的展示，所以不會造成眼睛的疲累感。就像護眼專家常常宣導的「不要在燈光不足的房間裡長時間觀看螢幕」，這種警語在日本電視卡通節目開始時一定會出現，小朋友在家裡或是陪同的父母都能被提醒，久而久之就會成為習慣，知道保護眼睛的重要性。而台灣以手機、平板與電視餵養小孩子的父母越來越多，不但讓小孩子對這類3C產品上癮，也讓書寫閱讀的能力大幅滑落，讓孩子把工具當玩具絕對是家長們的教養問題，不能治本就不要把責任推託到學校教育上。