科學玩具－磁學－磁浮飛梭

陪伴了10多年的教職生涯，同時也流行過一陣子的磁浮玩具，2019年時終於功成身退了。這是可以用來講靜力平衡的科學玩具，不僅僅是簡單易懂，操作上也是比磁浮陀螺簡單許多，加上成功率高，因此成為百寶箱裡的常備軍。

轉或不轉都可以達到平衡，旋不旋轉就成為次要的討論方向
簡單的力學分析，就能讓國中程度的學生理解合力為零的應有概念

在一次不經意的手滑，當下滑出了裡面的構造，與地面的碰撞造成解體，雖然沒拆解前也大致能想得出來裡面的結構，只是難免心疼。磁力與重力並非想像中的簡單，懸浮的現象也是，稍有擾動，平衡即被破壞，讓飛梭往左或往右偏移。因此這玩具常需要一片裝設在側邊的擋板，讓飛梭的轉軸壓在擋板上，使水平方向的力量得以平衡，操作者只需專注在讓垂直方向的所有力量抵銷。

 
多了一片，價格不變（知道這廣告詞的都是有年紀的，承認吧）
但少了這一片檔板，想要達到平衡，可說是難如登天

翻轉過來，露出內部的設置。有四個磁鐵黏著在裡面的溝槽，兩兩以斜邊相對，所產生磁力的合力便是向上（水平方向的磁力相互抵銷，只剩下兩個同方向累加且皆為向上的垂直力量），支撐著飛梭內部的磁鐵。兩兩一組，就是兩組，對應著飛梭裡的兩個磁鐵。

 
為使磁力方向穩固，固定磁鐵的方式常以溝槽卡著佐以黏膠固定
底座裡的磁鐵不移動，消弭讓平衡不穩定的因素

底座裡一定要特定形狀的磁鐵嗎？倒也不一定
只要不是Ｎ極、Ｓ極交錯鑄成的磁鐵，都可以拿來嘗試看看

飛梭裡則是建議使用環形或實心圓的磁鐵，各向度磁力線的分布較平均，靜止或旋轉起來較其他形狀的磁鐵穩定許多，但如果你有很多時間，在磁鐵的選擇上，還是可以使用柱狀或三角柱磁鐵當作挑戰。

環形磁鐵也是很好的選擇，不論用在底座或飛梭上
而且中間的圓孔，恰好可以讓鉛筆、竹筷或木棍穿入，相當適合組裝

固定磁鐵時，熱熔膠是我的首選。當然也可以使用其他的媒材，像是快乾膠、AB膠、泡棉膠帶或魔術黏土等，但乾了會硬化的接著劑，在磁鐵表面上也會脆化，更何況沒有深入滲透，而魔術黏土有方便、易調整的好處，不過碰上外力稍大時則有變形、磁鐵位移的疑慮。因此，我才會選用稍能緩衝又能固著在不同材質表面上的熱熔膠。

手邊有許多用不完的鉛筆、免洗筷，剛好可以做為轉軸，可用削鉛筆機削出尖端，用以抵住檔板。調整磁鐵位置後，同樣也是使用熱熔膠便能使磁鐵固定於其上。

製作過程和原理說明可參考2015年幫科工館科學學習中心拍攝的影片

不過雖然我把它稱為飛梭，但它其實不像梭子一樣會在絲線中穿來穿去，只是在原處打轉。它適合擺在書桌上，當文青的裝飾（鋼鐵人也在辦公桌上放一組混沌擺），閒暇之餘動動它、轉轉它，不穩定時的抖動，就這樣看著看著，也還蠻療癒的。

生活科學－錯視覺－水往上流

2019的環島之旅，行經臺東都蘭部落時看到觀光景點的標示，臨時起意往這處轉進來，發現景點的腹地範圍還不小，可以沿著坡道往上慢慢散步。在信步向上之前，大家最常拍照的地方就是這塊石碑，也就是「近看」水向上流的熱點。

碑文上刻著：「古語說：『人往上爬，水往下流。』但本縣民間卻傳說有一處水往上流的奇觀，信不信由你。不過百聞不如一見，奇景就在眼前。請您停下來，實地欣賞一下吧！」

一股腦兒地就近觀察，常會忽略掉重要的背景線索

因此水向上流的現象雖非人為刻意營造，但卻是顯著的錯視覺例子

 

面對渠道觀察，水流看起來是從地勢較低的左側，往相對高的右側流上去
加上近看時，可參考的背景線索較少，而且觀察者就站在容易被誤導的斜坡上

 
遠觀後，可判斷的背景線索就出現了
左邊的相片是「讓人以為」的狀況，右邊才是真實的地勢，水還是往低處流的

簡單來說，拿手機水平儀測試角度作為輔助，就能知道地勢。隨著觀察基準點不同，就會出現不一樣的現象，重點還是觀察者要先確認所在地的地勢是水平的，才能量測到正確的結果。

關於奇觀的歷史沿革：「水往上流」原是都蘭部落阿美族人在1870年灌溉農田而開闢的水圳，現又名「都蘭四號圳」。該水圳可說是都蘭部落族人的共同生活記憶，不僅是阿美族青少年成年禮訓練的基地之一，也是族人在夜裡溯溪採集食物或挑水的重要據點；後來人們遠觀此圳，發現水流會順著斜坡往上流，從此奇觀之名即遠播四方。

文字資料來源：東部海岸國家風景區解說牌

生活科學－光學－LED燈座

國中光學可以引入的三種概念分別是散射、折射及色光。每一種上位概念都可以延伸出許多研究範疇，也解釋了自然界中大部分的光影的變化及現象。透過合適的示例，能將生活中的應用連結到課堂中所構築、描述的真實情境，將能使學生從已有的印象讓學科知識更為熟稔，也符合108新課綱的素養導向。

所謂的散射指的是直線行進的光線，因為碰到不同的界面（粒子、氣泡、液珠、密度變化、晶體內部缺陷、粗糙的表面等等）而改變了原本的傳播方向。利用手邊的任何光源搭配物體合適的條件，就能看出靜態外形、動態運動或是顏色變化。

不論是雷雕的觀音菩薩圖像或是般若心經文字
都是將由底座向上傳播的光，部分散射到人的眼睛，引起視覺

光的折射在生活中比比皆是，原因是波動在穿越不同介質或經歷介質的漸次變化（不同的介質條件）時，造成傳播方向上的改變。不只是電磁波（光），其他像是物質波（聲音或海浪）也都會有折射的性質，且折射角取決於波速的變化量以及入射角的大小。

在水與空氣的交界面上，同樣有光線散射到人的眼睛，引起視覺

有時會引起物體與影像之間深淺或高低變化的錯覺

最後一種則是色光。有直接來自光源的色光，也有被不透明物體表面部分反射的色光，這些反射光形成的色彩稱為表面色，更有光線穿過透明或半透明物體時的色光。

如果在白光光源外加上各色玻璃紙，則穿透光就會與玻璃紙的顏色相仿

這是產生色光的技巧，車輛的閃黃燈與煞車燈均是生活實例

這次使用的光源是適合5V、USB供電的LED燈條，是生活科技課程中偏工藝類的作品，圓形的木質底座和溝槽需使用木工電動工具（線鋸機及修邊機）來完成，燈條上的各個燈珠為並聯，再搭配簡單的電路銲接，整個就是科學與科技的搭配與結合。

生活科學－光學－凹凸面鏡

高雄駁二藝術特區（The Pier-2 Art Center）的輕軌鐵軌旁，一幢倉庫的斑駁牆壁上被貼上光亮的面鏡，相對於其他色彩鮮豔的裝置藝術，強烈的新舊對比才是它的特色，吸引的會是科學人的目光。

（相片拍攝日：2016年2月14日）

從鏡裡可觀察到兩種鏡像，呈現了狹長的偏窄顯瘦以及上下天地顛倒的景像，可知它是由兩種不同的面鏡，凸面鏡和凹面鏡（並沒有平面鏡）。每一面鏡子裡的成像不盡相同，而是隨著裝設位置不同，而有物像高低或左右些的微差異。

（相片拍攝日：2016年2月14日）

同樣是凸面鏡，卻不同於路口轉角的反光鏡，鏡像顯瘦的凸面鏡為中間突起，並朝左右兩側低下的縱向設計；一樣是凹面鏡，但和化妝鏡又有那麼點不同，鏡像扁平的凹面鏡為中間凹陷，再往上下兩側高起的橫向發展。

如果每面鏡子設計成矩形，外型不同也是呈現同樣的效果，但是在方方正正的房子上、窗戶邊，在貼上方方正正的鏡子，視覺效果當然和圓形不一樣，就如同鏡框與臉型的搭配一樣，總不能國字臉搭配方框眼鏡，當初應該有考量到這一點吧！

生活科學－摩擦力－蓮花團圓～石來運轉

噴泉廣場上在原地滾動的一顆巨石，動力來源是靠著是底下的水的衝擊力量撐起並推動著。有浮力嗎？與水體接觸得不多，應該只有少得可憐的一些些。水體先經由蓮座向上衝擊，形成間隙並高速流出，大幅減少了圓石與蓮座之間的摩擦力，並利用自身的動能帶動圓石的滾動。可以發現大部分水體的噴出方向與圓石的滾動方向相反，也是符合牛頓第三運動定律（作用力與反作用力）的現象。

（相片拍攝日：2019年2月4日）

花蓮市火車站自此地搬遷後，當年盛及一時的繁華及獨特的人文歷史隨著時間的流失逐漸被人們所淡忘，為恢復此處昔日的風華，花蓮市公所特別精心設計規劃【蓮花團圓～石來運轉】噴泉廣場，使之重新銳變成為兼具休憩、觀光的新景點。

【蓮花】一本縣的縣花，有著出污泥而不染的寓意，正與一向以『台灣最後一處淨土』、『好山好水』美名著稱的花蓮相呼應。在巨大團圓球下方安裝一座蓮花座，代表花蓮這塊土地有著像蓮花般純淨無邪又不失莊嚴的氣勢。

中國人一向最注『團圓』，引述【圓】的圓滿、團圓之意喻，市公所打造這顆【全亞洲最大的花崗石球】，除了提供來到花蓮市遊玩的觀光客多一處觀光景點選擇外，也藉此提醒大家要珍惜和家人團聚的時刻。

象徵財富的水，對中國人而言具有其特殊含意，利用水的動力讓滾石不停轉動，象徵祈求周邊商家的生意可以生生不息、源源不絕的含意，同時也期許本市百姓安居樂業、地方財源能滾滾而來。

 

夜間的噴泉在五彩燈光投射下水波所產生的豐富光影變化，展現出它不同於白天的柔美華麗一面，在徐徐微風吹拂下，不論是遊客或市民都可以與三五好友輕鬆的打開話匣子談天說地，欣賞噴泉炫耀多變的水花及燦爛的星空，為自己忙碌的一天劃下完美的美麗句點。

文字資料來源：【蓮花團圓～石來運轉】噴泉廣場

生活科學－生物－海洋生物博物館見聞

真的好久沒去海生館了啊啊啊～～～（相片拍攝日：2014年1月29日）

找找看，比目魚在哪裡？

比目魚的體型非常適合居住在沙地上或是石礫的海床上。由於比目魚擁有扁平的身體，頭部、眼睛與嘴巴位於身體的一側，因此當比目魚貼平在沙地時，身體能與沙地環境十分吻合。另外，比目魚能夠隨著棲息環境以及光線的明暗迅速調整身體顏色的深淺，好讓自己的身體達到最佳的偽裝效果，不僅能夠躲過掠食者的攻擊，還能輕鬆地躺在沙地上，等待獵物不經意地游過時，再躍身張口吞掉獵物。

文字資料來源：海生館。

科學玩具－磁學－磁浮軌道

之前到科教館（臺灣科學教育館）開會，獲得一個館方開發的、號稱磁浮的DIY伴手禮。沒有說明書，實際做出來的外觀大致上如下圖，的確也和磁力有關，但是卻跟真正的磁浮有段差距，也就是並非懸浮。

 
先折出兩側有厚度的紙盒軌道，隱藏部分物件
再將圓形磁鐵及裝飾用玩偶吸附在軌道上，即可運行

隱藏在紙盒子裡的軌道使用了2條常見的、長的軟磁條，裝的時候要注意極性，兩側軌道的磁極上下置放決定了一切。如果兩側磁條對圓形磁鐵均形成排斥，就會很不穩定，如果有玩過磁浮陀螺的夥伴就知道，陀螺需要持續旋轉才能穩定；也能讓兩側磁條都吸引圓形磁鐵；更能一邊吸引、一邊排斥。哪一種方式較好，做了才知道。

由於本身無動力，平放時將達穩定的靜力平衡

所使用的是重力驅動，因此須將紙盒傾斜，讓圓形磁鐵吸附在磁條上旋轉

市面上有些號稱磁浮的玩具軌道列車也是如此設計，但卻不是真正的磁浮，實際上是有接觸的。當紙盒受力傾斜時，圓形磁鐵重力的分力力矩（支點即為接觸點、力臂即為圓形磁鐵半徑）使得了圓形磁鐵旋轉。

磁條如何置放呢？我採用的模式是兩側均能吸引圓形磁鐵，讓圓形磁鐵吸附在同一側穩定前行時，而另一側提供的吸引力，則是讓圓形磁鐵保持水平，不至於因本身的重力而歪斜。過程中即使圓形磁鐵被吸附到另一側（換到另外一邊），運行也不會受影響。

知道這樣的製作原理後，可以設計圓形或橢圓形軌道，並加入電池與馬達驅動，讓圓形磁鐵持續轉動的話，水平的軌道即使不用傾斜，也能看到列車一直衝衝衝（外觀要設計一下，這是個人美感能力）。

生活科學－聲波－風車打擊樂

2019年6月在旗津的海灘看到這款展示品，是有關於打擊的樂器，也以可編程化的形式呈現。由於當下展示品無人駐足或看顧，所以便從各種角度環顧它的構造，明白運作原理之後，姑且將它稱為風車打擊樂。

本體由金屬架支撐著，頂端套上半截寶特瓶，是為了防止意外戳傷
外觀上未見驅動方式，應該是還沒裝上，但可從細節慢慢推敲

其實它跟音樂盒的設計大同小異，有音筒、撞針和音梳三個主要的構件。音筒就是中央的白色桶子，桶子上畫有格線，是用來安排聲音出現的合適間距；在桶子上的突出物就是撞針，這裡用圓木棍及木塊製作，突出的圓木棍在被帶動旋轉時能撥動下方的音梳；音梳上部切成斜面，便於圓木棍撥動。

金屬架上的齒輪組帶動軸心，使音筒得以轉動，音筒上的撞針依序撥動音梳
可以加組扇葉，形成風力驅動，或是裝上曲柄搖桿，手動控制轉速也行

音梳的整體設計則是採用支點在中央、施力臂小於抗力臂的槓桿型態。為了音梳更好撥動，能省力的斜面設計便不可或缺。當音梳被撥動時，下部的木槌便舉起，蓄勢敲下，當然木槌舉得越高，敲打的力道就越大，聲音的層次也能表現出來。

這是個費力的槓桿，支點就是套上彩色吸管的轉軸
穿過木塊的細長圓木棍成為力臂，帶動木槌敲出聲音

底下的木槌讓我想起攻城槌，只是前方為圓球的造型，讓撞擊力集中在瓶身上的一點。和鋼琴、木琴等打擊樂樂器相同，不同的頻率就對應於不同的琴鍵，而瓶子的發聲頻率則由瓶內的水量來調整、控制。因為有八個瓶子，所以只能產生八種音頻，跟八音盒（音樂盒）一樣呢！