科學玩具－運動學－日月球

學校開設的動態與靜態的社團中，有這麼一項競技的古早味童玩－日月球，需要手眼的配合與肌肉的協調，所以等同於要將它玩弄得很不錯的話，得花上長時間的練習，才有可能上得了場表演。在漫長的練習過程中，總有人會打退堂鼓，但是堅持下去的就能得到永久的技能點數。

日月球（或稱為劍玉）已經有國際認證的比賽了，每每看到能把它玩得非常好的人總令人讚嘆，因為紅色的球在這些職業級選手的手中就好像被賦予生命般，忽上忽下地跳動著，與人合而為一，舞出鏗鏘有力的舞姿。

 

這是在民藝店裡可以買到的木製日月球，可分為大皿、中皿及小皿

而劍頭的部分要插入鮮紅色的玉中

不過，發展的時間一久，就會出現各種形態的日月球，不過不管怎麼變化，紅色球永遠是主角，像傳統的劍玉，就是因為握柄的形態像劍柄，而球體在日文中稱為玉，因此才有這樣的名稱。當然時間一久，不同地域也會使用不同的材質，賦予不同的俗名，所以可以看到與傳統中不太相同的型態。

這是另外一種單純型態的形式，只要將玉落入皿中

因為只有一個皿，所以全心全意接球就好

接球簡單嗎？不見得。要看皿的大小與深度，皿開口的截面積越小則難度越高，球要剛剛好可以進入皿中除了動態視力要加以外，還要加上些許運氣的成分，不然即使有碰到也會擦邊而過。再者，則是球進入皿中時需要有緩衝的動作，讓單位時間的速度變化可以減低，緩解衝擊時的力道，不這樣的話，很有可能從皿中再彈跳出來。

這不是日式板球，繩子沒有彈性，球也不是拍打互接

讓球穿過不同的圓孔以獲得不同的分數

除了這樣的形式以外，還有板狀的形式。在面板上有三個圓孔，雖然圓孔大小一樣，卻代表著5、10及20三種不同的分數，這種分法其來有自，因為離握柄越遠的地方晃動幅度越大，失之毫釐差之千里，要讓圓球直接穿過圓孔得分的機會越小，所以才會有這樣子的分法。

有種讓圓球穩定的物理方法，就是旋轉後再向上拋，應用其不易改變轉動方向的轉動慣量，讓轉動軸方向得以固定。應用這樣的方式雖然能輕易將玉的圓孔固定朝下，讓劍更容易向上刺入玉中，但是旋轉的次數多了以後，原本聯繫劍與玉的棉繩會分離為三芯，再也回不去了。

科學展覽品－聲波－高斯旋律

這麼多密密麻麻的釘子，看起來好恐怖啊，一不小心碰到就會受傷的感覺

可是仔細一瞧，它又不是尖端朝上的釘床，而且是有規律地排列

一走到展覽館中，其實當下的心態很重要，究竟是讓自己像瀏覽器一樣，一下子就滑過去，只是走馬看花，一天就可以逛完；還是讓自己重新開機以接收新的觀點，駐足在每件展品前，細細品味，那麼這樣可能一天下來，只能逛兩、三個展示廳。因此起點是很重要的，讓自己從心開始，也重新出發。

當初看到這件展品的時候，覺得很好玩，所以停留在它前面許久，思索它裡面的的構造以及可能形成的原因。從它的名字－「高斯旋律」－不難看出它跟人稱數學王子的高斯有關。其實大家小時候或多或少都有聽過他的事蹟，有一位神童在其他同學還在絞盡腦汁、慢慢加總時，一下子就算出了小學老師提出的問題，也就是從整數1加到100。

這個方法就是讓1＋100、2＋99、3＋98……形成答案都是101的50組組合，再把101乘以50就能得到5050的結果。我自己還記得那是在小學時，買的一本動腦解謎書裡看到的，後來在圖書館裡也有讀到相同的故事，而高斯解出答案時，那一年他才9歲。

高斯旋律(Gaussian Melody)，數學家高斯與音樂旋律有什麼樣的關係呢？

中文簡介如下：
三顆鋼球滾過釘盤，奏出隨性樂章。釘盤模仿自經典的高斯分佈展示，原本的展示是讓眾多圓球從三角釘盤頂部滾下，球滾經釘盤後分佈在底部形成高斯曲線。鐵釘的深淺各有不同，加上鋼球不規律的路徑，演奏出隨性的「高斯」旋律。釘盤和音箱都置於樞軸上，翻轉後可讓球回到釘盤頂部。

簡介中所提到的「高斯分布」也許讓你感到陌生，但是若說是「常態分布」相信腦中應該已經浮現出中間高、兩側低的分佈曲線，又或者是說國中數學裡提到二項式中的帕斯卡三角形，應該也不會讓人陌生，還記得121、1331、14641……嗎？

可以心算看看裡面有多少根釘子，才能整齊地排成這樣的正三角形

小鋼球被限定在最外圍的鐵釘圍籬內，而圍籬並不屬於帕斯卡三角形的一部分

操作方法如下：
轉動木頭三角，聽聽音樂。每一次鋼球撞擊鐵釘的時候，鐵釘都會發出稍微不同的音調，要看鐵釘陷入木頭的深度而定。如果一次有大量的鋼球滾下，以隨機的方式撞擊鐵釘，那麼轉動三角形就會製造不同的旋律。

我在日本有看過類似的玩具，全部都是用木棍組成的，小球可以從最上方向走旋轉樓梯一樣滾掉最下方，但它的路徑僅有一條，而且無法翻轉，必須手動把球拿回高處，雖然是這樣，但也成功地先吸引了聽覺，再進一步吸引視覺。

釘板下還附加了共鳴箱，讓聲音能響亮傳出

它不是刺耳無趣的聒噪聲，而是像流水般叮叮咚咚的撞擊聲，悅耳且舒服

結果：
高斯是一個科學家的名字，全名叫做卡爾‧弗里德里希‧高斯(1777-1855)，它所進行的開創性研究，讓我們得知某些表面看起來毫不相干的事件，其實有深層的規則存在。

這個結論就弱掉了，因為從裡面只有高斯的全名和存歿年份是有用的資訊，其他的還需要自己回家做功課，不過猜想是受限於篇幅的關係，沒有辦法很詳盡地介紹。但整體而言，可以讓人有動手操作並張耳收音，每一次撞擊路線都會產生變化，旋律也不盡相同，是個令人回味再三的展品。

科學展覽品－聲波－克拉德尼盤

這是一種稱為克拉德尼盤的演示教具，在關於聲音與波動的展場中都可以看到它的出現，如果又有志工當場解說，就不會只是一個正方形或長方型盤子。其實盤子的形狀不是問題，但是正方形對稱的盤子是比較好的。再者，則是用小提琴的弓去摩擦其中一邊，由下而上地摩擦邊緣，琴弓上可以沾附松香粉末，讓摩擦係數改變以增加摩擦力。

一般的設置是在方盤正中央用一根圓柱固定，讓邊緣不受干擾

並且在盤面均勻地撒上細緻的粉末或沙粒，讓波的圖案可以呈現

增加摩擦力能讓方盤快速地上下振動，振動頻率隨著弓的拉動而出現不同，振動的盤面各處振幅不盡相同，振幅最大的地方稱為波腹，細緻而質輕的小顆粒常從這種地方被彈開，小顆粒則集中在一處。如果仔細觀察，小顆粒集中的地方振動幅度最小，甚至完全不起振動，這種地方被稱為節點。每個節點串接起來，就稱為節線。

當然不是每次拉弓的力道、角度與方式都相同，所以每次產生的頻率也都不一樣，因此每一回出現的圖形會出現些微差異。頻率越高使得波長越短，所以在盤面上的圖形會越來越複雜，就好像眾多小顆粒聽到指令一樣，開始在二維的盤面上排列出奇妙的圖案，這一系列美妙的圖案便稱為克拉德尼圖形（Chladni Pattern）。

方盤邊緣在弓的摩擦下，讓原本四處散布的小顆粒朝特定位置開始移動

解說志工將一元硬幣放在節線上，藉以說明此時此處的振幅最小

為求更精密的分析，現在的物理實驗室都使用訊號產生器來產生特定頻率的振動，觀察在不同頻率所呈現的不同圖案。現在也有較為親民的實驗設計出現，在一般的家庭中可以使用臉盆和較大的垃圾袋，就能讓食鹽在繃緊的袋面上跳舞，除了利用人聲使袋面振動外，也可以使用喇叭，再加上現在電腦音頻軟體或手機APP，讓這些小顆粒聽從指揮，排列出多變的圖案已不再是難事。

這樣的展現好棒！

科學玩具－電磁－無線電對講機

前幾年，屏東至正國中的邱彥文老師提到他家附近的五金大賣場有出售一款無線電玩具，內附9V電池，要價只要99元，值得買來給小孩子玩玩看。因為與屏東相距頗遠，很難為了百元有找的玩具去一趟屏東，所以相約之後的某一天社群聚會時，再跟他做以物易物的交易，把手邊的氣墊足球玩具交換出去，做更有意義的運用。

既然是用來對話的玩具，一組就必須具備兩支低功率的無線電

收發距離雖然不足一百公尺，但是以玩具而言足以當作入門的初體驗

每支無線電上都有發射器及調製系統，藉由電源輸送來的信號加以修改出所需振盪頻率，進而發出傳遞信息的電磁波。最簡單的調製方法就是不斷地切斷、接上電源，就像以前發送摩斯密碼的動作一樣，而現代無線電在通訊時，涉及到振幅、頻率和相位等等參數的細微調整，而且同時間內更迭的參數往往不止一個，因此調製變得複雜許多。

只有兩個按鈕的簡易型外殼中，有簡單的收發裝置－喇叭

利用喇叭上的薄膜振動，可以接收聲音，也可以讓聲音從這裡發出

再來就是將調製後的訊號傳遞給共振天線，並發出振盪的電磁波，才能達到無線傳輸的夢想。通常頻率相同才可以互通有無，所以無線電玩具的收發頻率早就已經設定好了，根本無法調整，只有按住發話和鬆開收話這兩件事可做。不過如果是好一點的無線電，就必須先調整至相同的特定頻道，才能互通。

內部電路板上的元件可以產生振盪的電流，再由天線產生電磁波輻射

也可以擷取電磁波訊號，將其轉換成微小的振盪電流，再經過電晶體放大即可

不需要介質傳遞的電磁波產生之後，可以在任何空間行進，但是在傳遞時，同樣會受到反射、折射及繞射等等波的特性所影響。有些介質會吸收能量而影響電磁波強度，而傳遞距離的增長也會讓強度隨之減弱。不論是自然界早已存在的背景干擾，或者是人造的、設備本身的電磁雜訊，都會影響電磁波的訊號。當雜訊強度過大，就無法分辨哪些是需要的，那些是不需要的。

舉個例子來說，教師研習時當然會有講座在前面論述研習的主題內容，但要是旁邊有些人毫無顧忌地同時同地發表高見，完全不甩上面在講什麼，只自顧自地講自己的偉大經歷、前面有個觀點應該是如何如何、校內外豐功偉業、值得紀念的旅遊、團購怎麼買……balabala……就好像同時間有一堆人在講話，根本不知道該聽誰的。