生活科學－流體－仿真造型燈

在唐吉軻德裡可以找到一區專賣擺飾的區域，大致上可分為不插電純擺飾與需要用電的兩大類別。需要用電的話，又可以分為使用電池（直流電源）與外接變壓器（降壓穩流），用在內部所附加的電器（可能是光源、水泵或電熱絲等），看功能與造型所需而定。

 
有水泵的話，水流帶著質輕的物體一起循環流動
顯現出來的現象就是降下的雪花或是向上噴的岩漿（搭配燈光）

但這些以水為活動空間的擺飾有著共同的缺點，在未完全密封的環境中，無法避免的散逸將使得水量越來越少，可活動的空間也將受限，從右上方的照片不難看出來。從另一個角度思考，容器外的物質也有機會進入到水中，使水混濁，甚至增加黏度。

迷你水族箱裡的海天使、小丑魚、水母以夢幻般的動作自由游動著
質地輕巧的塑膠動物製品的密度大致上與水相同，易於隨波逐流

它不適合放在櫥櫃中，散逸的水氣會沾附在同空間裡其他物體的表面，造成發霉或黃斑。壽命即將終了時，應該也不會想要刻意為它續命。剛開始時，可能會很吸睛，常引人駐足觀賞，不過久了便習慣它的存在，而忽略它潛在的變化，像極了愛情。

科學玩具－壓力－爬牆車蓄能及配對

遙控器要能發射出電磁波讓爬牆車接收，才能控制車子的運動，因此除了控制模組以外，還需要電源。無線控制器通常使用直流電源，不過翻到遙控器背面的電池盒一看，六顆電池串聯形成的電池組，相當於9伏特電壓，並不算低，也代表耗電。

接上充電線，連結遙控器（輸出）與車體（輸入）
讓遙控器裡的電能傳輸到車體內的充電電池，此時會亮綠燈

綠燈熄滅代表充電完畢，可以開始操作了嗎？
別急哦，還得確認一件事才能完成配對

不論是遙控車模式或爬牆模式，遙控器所發出的訊號要能被車子的接收模怎識別才行。例如車底的代號為B，就需要將遙控器的撥動開關切換到B檔位，才能發射出相對應的、可識別的控制訊號，車子才能做出相對的動作，這是一定要注意的地方。

遙控器燈號恆亮、檔位正確，車子的電源打開、車燈亮起
配備成功的同時，也需要預先切換成「遙控」或「爬牆」的模式

換句話說，如果遙控器的撥動開關切換到A檔位或C檔位，雖然仍能發出訊號，但無法被識別，無論如何操作搖桿，接收不到正確頻率的車子就只能固定在原處，即使它能量充足，不動就是不動。

生活科學－壓力－噴水水壺

花蓮的海洋公園曾經出過粉紅與粉藍兩種選擇的海豚造型水壺，附有噴水功能，對於吉祥物會噴水這個現象而言，應該是不違和。當然，噴水海豚外面有透明塑膠殼，能看到液體噴泉，也確保使用者飲用時不會噴得滿臉都是。

 
上面的空間是純裝飾用，無法算在容積內
噴水孔在海豚頭頂上，而且有兩個

水壺側邊有個圓盤，圓盤上的小圓孔是用來插入吸管，加上圓盤可以旋轉，使得吸管的角度得以調整。裝液體後，鎖緊杯蓋是一定要的，除了避免側漏外，還要保持氣密。

國中理化都已經學過吸管的使用跟大氣壓力、負壓有關。當使用者吸入空氣時，管內及水壺上方的氣壓相對較水壺下方內部的氣壓低，因此液體會被壓入水壺下方的長直管道中，逐漸上升，再從海豚頭頂上的小孔噴出。

 
噴出的液體流至側邊的小孔，再從外部的吸管被吸入飲用者口中

換句話說，要先吸入一大堆空氣，才能喝到飲料，對肺活量小的孩子而言，絕對是不簡單的任務。就好像用嘴巴做托里切利實驗，管內氣壓的降低才能使水面上升，若是要上升至二、三樓以上的高度，沒有一定程度的肺活量，真的沒辦法輕易達成任務。

生活科學－浮力－天燈

2011年1月31日的平溪鐵道上，天燈下綁了一串鞭炮，天燈邊上昇，鞭炮邊劈啪作響，除了多付一點錢聽聲音以外，願望應該還是達不到天聽。

話說，我只是路過的路人……或許旁觀者清。

 

生活科學－浮力－等間隔泡泡產生器

科學玩具－浮力－水中沙漏(影片)

科學玩具－浮力－水中沙漏

在尋尋覓覓適合、適當的教具時，腦中浮現的念頭是它適合在哪一個單元出現？會不會過於複雜、花俏的效果而將原本所要呈現的單純概念掩蓋住？的有沒有辦法將很貴的教具用其他材料來呈現，進而普及化，甚至學生可供學生操弄？在國中的單元中，以上的問題大部分是可以解決的。但解決的先決條件是家裡要有地方擺材料和工具，背後還要有一個可以忍受工作桌上雜亂無章的另一半（雖然這樣的人自己都會覺得這樣很好，亂中有序咩～）。

所以材料必須是唾手可得的，不然當想法出現時會苦無材料可以把玩，即使把想法暫時記在筆記裡、隨便一張紙上或是電腦中，還是有可能整夜翻來覆去，只為了等天亮店家開門那一刻。還有瓶瓶罐罐的容器、（被切割過的）半容器、瓶蓋、銲槍、銲錫、熱熔膠（槍）及有的沒的耗材、工具，所以工具箱中的傢俬越來越齊全，後來還得買第二個工具箱。

這個自製教具的功能功能很單純，是利用水的浮力讓管中的沙漏上浮

在重力與浮力的拉拔下緩緩上升

這是參考既有的玻璃裝飾品，利用手邊的工具、材料做出來的教具。有到水族館買的塑膠管、文具店買的沙漏、寬口的飲料瓶蓋，最後再加上熱熔膠就完成了。只要沒有漏水，放在家裡便是一個可以玩很久的擺飾品，放在學校也可以是一種會引起學生興趣的教具。

沙漏受到向下重力與向上浮力的牽引而浮起，證明浮力大於重力。但是沙漏中的沙子持續地向下掉，難道對於向下的傾向一點幫助都沒有嗎？這是引起我興趣的第一個點，而且在高中物理課程就會遇到衝量與變化這個問題。僅僅只有這兩種力量作用而已嗎？這是吸引我繼續觀察的第二個點。

物質在管中並不會消失，而是在既有空間中交換位置

所以水往下流動，而沙漏向上浮起，沙子向下掉落

不過我最有興趣的並不是它的整體外觀，而是翻轉過來之後的過程，仔細一聽，會有持續不斷的聲響呢！有細柔的水聲，還有規律的敲擊聲。這敲擊聲哪裡來？肯定是沙漏撞擊管壁的聲音，因為翻轉塑膠管使沙漏上浮的過程中，已經在一開始就提供給沙漏側向的力量，當沙漏因此撞擊管壁時也會受到反作用力而往相反方向撞及另一側的管壁，這個過程在上升時是持續不斷的，使得重心並不是持續在幾何中心及中央軸線上，而是不斷地變化，所以才會有敲擊聲出現。

向下的水流並不平整，而是有紋路出現，在上升過程中都可以看到這個現象

是什麼樣的因素造成的呢？

因為沙漏是邊上浮邊左右搖晃，所以水流就有機會從增大又縮小的縫隙中流向下方。沙漏的縫隙因為橫向撞擊管壁而忽大忽小，能流過的水流就會時大時小，所以才會出現波紋，這才是我最想要觀察的現象。

 

這個類似水波槽實驗現象的干涉，一下子便將我拉回高中（雖然是廿年前）

雖然我高中物理沒有好好學，但還是選讀物理系

不僅是將管子放成垂直時會出現波紋，傾斜小角度時也會

到達最高點，在水還沒有完全流到沙漏下方時也會出現相同的現象

水量因為少而分離，但仍在局部出現波紋

當沙漏升高最高點，也就是上方沒有水，水也從一旁逐漸流往下方時，沙漏會短暫停留在原位，然後……噗通一聲掉下水！停在原位是因為水的附著力所致，但是當水不夠時，也就無法提供較大的力量使沙漏停在原處，因此在重力絲毫沒有減弱且浮力又趨近於零的情況下，隨時間漸減的附著力終於撐不下去了，支撐不住的下場便是向下墜落。

雖然水依然向下流，但沙漏在最高點會出現短暫的停留

水與沙漏互換位置總有結束的時刻，這時候好戲就要上場了

就好像跳水一樣，是瞬間發生的事，加上下落距離短，所以得要目不轉睛，不然就藉助數位相機來錄影就可以。落入水中的深度不會太大，除了加速距離短以外，最主要的還是因為沙漏不是憑空落下，會受到像是水的浮力（會隨著物體沉入的體積而增加），又或者是落下時管壁上的水的附著力等等。

但如果管子裡面被水所充滿，就不會在最後階段有額外的表演

剩下的就是看細沙向下掉而已

有個有趣的物理題目，據說在伽利略的手稿上有出現過，就是在天平的一邊吊砝碼，另外一邊吊上下兩層的圓筒容器，在中間的隔層中央有個小洞。洞平時是塞住的，可以在實驗中打開，讓水從上層流到下層，就像水鐘一樣，而容器與水的重量等於砝碼重量。

若水都停留在上層，天平當然平衡。當洞打開讓水流下時，天平往哪邊傾斜？向左？向右？還是保持平衡？

若以沙子來替代水，是不是容易觀察得多？但須考慮沙子是獨立的不連續體

高中物理有鐵鍊下墜的題目，也可以找來思考看看或乾脆實際做一遍

透過閱讀、觀察與辯證，可以知道很多現象及原理；經過聯想連結，可以將許多素材派上與原先不同的用場。不過找尋適合的材料前，還要知道去哪家買、去哪邊撿和去向誰要。其實不需要來問我哪個玩具到哪裡有賣，有心的話，累積一段時間之後，你也會有屬於自己的一份購物心智圖。

 

看看沙子掉落的軌跡，仔細看看其中會不會有玄機呢？

科學玩具－壓力－自製晴雨計（第二代）

在科學玩具－壓力－自製晴雨計（第一代）獲得教具比賽優勝之後，馬上就想到要順勢推出第二代的改良品，但是後來發生第一代的想法被盜用，甚至是被兒童節目拍成科學影片在網路上流傳的插曲，所以這件作品一直壓著，平常就在社團及研習場合（如科學同好會、科學學習中心）拋磚引玉，讓有來參加的老師或學生親自製作一組回家，而且課程當中的主軸之一還是要跟資源回收等環境教育議題牽絆住才是。

首先就是在瓶身上鑽洞這件「細活」，雖然只要是瓶子就可以，但還是有些人會準備意料之外的材料，像是玻璃瓶或金屬罐，金屬罐還能現場解決，玻璃罐要鑽孔的話還需要特殊鑽頭。所以瓶子的選擇還是要以寶特瓶為主，主要是因為好鑽孔、方便修邊。

不過現在有些標榜著環保（可扭轉、利於壓扁）的寶特瓶，因為材質用量減少，連帶著使瓶壁厚度變薄，所以握的時候稍有不慎就會使得瓶子變形，或是讓圓孔鑽得比原來預期的大。除非對自己的手藝很有信心，不然還是建議用一般的瓶身，而我慣用的則是瓶身沒有紋路的瓶子或汽水瓶，才不會干擾觀察。

自製晴雨計第二代，使用的是風管來取代可彎吸管

不僅多變的軟管讓功能延伸，可派上用場的機會也增加許多

有一點還是需要注意的是「密合度」，不能漏氣也不能漏水。既然是在原本的瓶身上鑽孔，等於是無中生有，多了一個要補起來的洞，那黏合處所用的媒材就必須像界面活性劑的功能般，分別緊緊地抓住不同的物質。焊錫在使用時，可以借助於焊錫膏使被焊金屬與焊錫緊密接合，那麼熱熔膠也是利用同樣的方式嗎？

熱熔膠的使用量其實不在多，而是在恰到好處

包得像職棒投手退場後的手臂那麼腫是不必要的，小而美更為環保

其實不是，熱熔膠要盡其所能地將兩物體結合，靠的是它深入材質表面必要性。也就是光滑的表面不是熱熔膠能發揮效果的地方，而粗糙有起伏的表面才是它的最愛。因為易於流動的液態熱熔膠可以流進不平表面的凹陷處，待冷卻成固體後，就有著力點可以緊緊抓住，不容易因為外力而脫離。

因此，前面才說玻璃瓶不是個好的選擇，就是因為表面不容易被改造。而寶特瓶只消用砂紙來回摩擦，就能留下明顯的刮痕，讓熱熔膠有發揮其張力的空間。當然，只改造寶特瓶是不夠的，風管也需要同樣的處理，砂紙磨過的區域不需要太大，先預估好熱熔膠要塗佈的區域即可，過量使用熱熔膠只是徒然浪費。

可彎曲的風管也有不同的口徑可供選擇，就看需要演示的領域為何

使用的長度則是為瓶身高度的1.2～1.5倍

除了原本粗略的氣壓檢視功能外，它還可以做什麼呢？氣體的熱脹冷縮、連通管、虹吸現象、絕熱膨脹（雲霧產生器）、可加壓的簡易空氣砲、減壓（或加壓）過濾瓶、快速排水的演示等等，有太多太多的想法可以延伸，沒有寫出來的，就看存在於內心的知識島嶼，能不能在孤立時找到彼此連接的方式。