2024年8月17日

生活科學-聲學-喇叭


聲音被記錄在黑膠唱片的弧形刻槽內,透過針頭及振膜振動,讓聲音重現
這是十九世紀的留聲技術,透過它而才能一再重現懷舊美聲

傳統播放黑膠唱盤的唱片機都會有一個比機器大上許多的圓錐型喇叭筒,使用它的目的是讓聲音經過多次的反射、平行後向同一方向傳出,減少聲音向外潰散,集中聲音能量而傳達到較遠的地方,聽起來也大聲得多。

 
喇叭的造型雖然不同,但大致相同的錐度決定了聲波反射的角度
決定反射次數的喇叭長度雖然也至關重要,但總不能無限制增長

公共場所廣播用的揚聲器(loudspeaker)為了將聲音在開闊的場合中傳到遠方,除了增加響度,就是安裝一個曲線造型的長喇叭筒,但總不能跟黑膠唱盤機一樣,所以為了節省使用空間(或縮小體積、方便攜帶),便把喇叭筒分成三段,改裝成像下方照片中的模樣,有機會時不妨拆開來看看內部構造吧。


分成三段的喇叭筒,可以看到的是中央的第二段(反裝)和最外圍的第三段
最小、最細的第一段則是藏在第二段裡面,因此長度可縮減至原來的三分之一
 

2024年8月2日

科學玩具-簡單機械-懸浮張力平衡架

流行了一陣子的張拉整體,也可以稱為懸浮置物架、靜力平衡置物架,也有木工版的桌子,外觀雖然稍有不同但原理大同小異,可以從重心的調整、槓桿原理的應用,加上棉繩、魚線或鍊條的張力來達到靜力平衡的狀態。

先將位於上、下部平台的中間連線視為支點,放置物體在懸浮的上部時,上部平台連同物體的重力力矩會使之傾斜,使得在另一側的兩條連線愈發繃緊而出現張力,並產生相反方向的力矩,讓上部平台達到平衡。上、下部平台的三條中間連線的張力,呈三角形分布,讓整體結構得以穩定。


我在科工館的營隊中,安排孩子們觸摸木材的溫暖與常用的五金零件
帶入科學原理的解釋與應用,使其貼近生活科技

平衡的探究因素有「中間連線的位置」、「三條連線是否對齊、相互平行」、「三條連線的分布為正三角形(或等腰三角形)」、「整體結構的重心」,最後在繫綁連線的時候應施加「預先的應力」,讓上部平台幾近水平(非水平),平衡狀態更為完美。

原理理解了,就可以嘗試不同的製作材料,像是冰棒棍、竹筷、吸管、PVC水管、紙杯或積木……以下就是積木版本的包裝及組裝順序說明。

 
 
理想很豐滿,現實很骨感,起初組裝時都還不錯
真正上場接受測試時,就出現問題了


積木版的優點是組裝簡便、快速,但缺點就在於結構問題
只要連接處榫卯間搭配得不是很優,就容易傾斜,甚至斷裂

看似懸浮的裝置,連結的力量其實都在連接處,也就是垂直方向的合力平衡,但對於來自側向的、水平的力量,則一點都無法抵抗,在水平方向的合力不為零的情況下,非常容易失去平衡(翻盤)。