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2026年1月24日

生活科學-錯視覺-反向透視

這幅畫作運用了一點透視法來描繪房間的內部,亦即所有平行於視線方向的線條都匯聚到畫面中心的一個消失點。像這樣的繪畫技巧能帶來遠近和空間感,讓觀看者感覺就像在看一個具有深度感的房間,使得視線自動被引導到房間中間,彷彿可以走入室內。


房間由前景的地板、地毯、盆栽及沙發形成層次感
牆面的兩側區分了不同空間區域,增強了立體感

越遠的地方,看到的尺寸越小,這就是透視法,也與日常經驗一致。房間內部的長方形元素(沙發扶手、牆、門、窗格)也都朝向同一點,讓空間感更具體。若再加入細部光影,例如桌邊小陰影、窗格陰影投射,空間感會更豐富。

問題就是它其實不是一幅平面畫作,而是中央凸起來的立體摺紙作品,也就是中央的白色牆面、掛圖離觀察者是最近的,看起來最近的地面、吊燈反而離觀察者最遠,也就是反向透視的錯視覺,讓空間看似向內延伸,但實際上是向外凸出。


2026年1月9日

生活科學-氣壓-熱水瓶

早期的熱水瓶常用氣壓給水的設計,主要是利用空氣壓力差來將熱水從瓶內向出水口推出。使用的方式就是手動按壓瓶蓋頂部的圓形按鈕(以前的按鈕很大),當氣壓泵浦被壓縮時產生壓力,並將氣體壓入熱水瓶內(水面以上)的空間。

氣體進入瓶內對液面產生壓力,然而內部氣壓並無法壓縮液體,於是只能將液體壓向導管(在瓶底,才能將瓶中大部分的水推出,連接出水口),最後液體才由出水口出來。少了些許液體後,瓶內水面下降,氣體佔有的空間隨之增加,使氣壓減少,水流隨即停止。

出水口附近還有重要的逆止閥,除了控制液體的流出與停止,也防止液體與氣體回流。另外,除了加強瓶蓋的氣密性,提升氣壓工作效率外,還有就是不能讓氣壓過大,進而導致泵浦、瓶體破裂的氣壓安全閥。

雖然手動按壓方式具有結構簡單、使用安全、不需電源、低故障率的優點,但像是受限於壓力而使得出水速度慢、無法精準控制出水量、氣壓泵浦老化、漏氣等缺點也促使電動泵浦的問世。

 
電動供應飲料的le Petit Julien(尿尿小童)和Merlion(魚尾獅)
但不能使用在碳酸飲料上咦?產品的賣點不就是要喝啤酒嗎?

使用者只需輕觸按鍵即可利用控制板啟動微型電動泵浦,便能自動送氣產生穩定的氣壓將水推出,出水後,控制板再關閉氣泵,使內部氣壓釋放或穩定。但省時省力之外伴隨而來的缺點則是需要電源,遇停電無法使用、有電路故障的風險。

2025年9月11日

生活科學-簡單機械-野球盤

除了英勇救火員以外,小時候在同學家也玩過棒球遊戲盤,當時的玩具設計雖然簡單,但在當時一切簡單的年代裡,心中揣著對方接下來要投的球路,仍足以讓小孩興奮、著迷許久。時隔多年之後,看到這組遊戲盤仍能想起以前的單純時光。


小而精緻的它,除了自動收回鋼珠,還有投球、打擊、跑壘、計分顯示等功能
揮棒會用到三壘側外面的長桿,原理是彈簧與簡單機械(輪軸、齒輪和槓桿)

其實觀察擊球之後落點分布,只要能打擊出去,大部分是可以推進壘包甚至得分的(中間是全壘打、左右兩側有一壘打、二壘打、三壘打、出局及界外球),除了中間須飛越過投手丘,才能到達的後方全壘打得分區之外,有高達5分之3的機會是安打。當然,前提是揮棒時能確實打到。


守備方可以投出簡單的外角球、內角球或正中直球來對決
進攻方須猜測球路,決定是否出棒揮擊

進攻方揮棒之後的結果,大致上分為揮棒落空、打擊出去形成安打或出局(投手前滾地球、外野接殺出局、界外飛球、三振)等等。一壘側外面有好球、壞球及出局數的計數轉盤,當然也是人工操作。

最後要注意的是,棒球盤得放在沒有坡度且平坦的地方使用,不然會造成特定的條件,對守備或是進攻單方面有利。過程中的專注、反應和策略使用不同於數位遊戲,完全由真實世界的物理法則決定結果,而且可以和真人現場互動,是我喜歡它的原因。

2025年8月27日

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。

2025年7月28日

生活科學-化學-食玩

食玩(しょくがん)為日文「食品玩具」簡稱,是附有零食、糖果及特殊贈品的盒裝商品,不管在日本還是臺灣,架上都擺滿了Kracie知育菓子的商品。

在唐吉軻德或日藥本舖裡,總會看到吸引小朋友的盒裝玩具
如果又是能DIY的、能吃的,就會吸引到不同族群的小朋友

 
主打商品應該是980日圓的左邊這組(2015年的售價)
可以分別製作5種動物及5種壽司造型點心

 
製作出來的甜甜圈或蛋糕有可能會吃下肚,為降低消費者疑慮
還特別標註保存料、合成著色料為「0」,就是不添加防腐劑和非天然色素


連章魚小丸子都可以模擬醬料及佐料
然而菓子其實就是點心,吃起來的口感當然跟麵糰不一樣

其中的化學原理可以從海藻酸鈉及鈣離子的反應來看,鈣離子含有兩個正電,可以與海藻酸鈉的羧酸離子進行錯合反應,形成交聯作用,形成半透膜並包住調味的糖及調色的食用色素。

食玩只有外型跟原本的食物相似,所以才說可能會吃下肚,對於有思辨力的大人就是享受製作的過程。但對於小朋友來說,他們並不知道內容成分與真實食物完全不同,再加上含糖量高,常吃的話還是會有健康上的風險。

2025年1月29日

生活科學-化學-理科文青

氯化鈣在室溫下為白色固體,水溶液呈中性。氯化鈣常被應用於製冷設備所用的鹽水、道路融冰劑和乾燥劑等。容易吸收空氣中的水氣而潮解,所以顆粒狀的無水氯化鈣需要密封儲藏。

實驗室的藥品儲藏櫃中,如果沒有定時抽風以保持一定的溼度限制,往往會讓瓶裝藥品受潮,尤其是氫氧化鈉、氯化鈣等無水物。又或者有人開啟了藥瓶,但未馬上關閉旋緊瓶口的話,長時間路暴露在空氣中,便會出現肉眼可見的潮解現象,使得瓶中呈現顆粒、六水合物與水溶液共存的狀態。

將潮解後的水溶液倒出分裝在透明瓶中,長時間靜置即產生結晶。結晶的多寡與溫度有關,當氣溫下降時,析出成為正八面體規則結晶。

天冷,文青有天氣瓶;理化/生活科技老師有飽和氯化鈣水溶液。


為它取個浪漫的名字,就是浪漫的理化生活/科技老師
就叫做乾燥劑、除濕劑、空氣吸濕劑吧

2025年1月14日

科學遊戲-化學-史萊姆

 
除了讓形成薄膜包住空氣之後
還可以進一步提問讓小朋友思考還可以怎麼做,加點互動,多點學習

2024年12月30日

生活科學-磁學-磁浮釣魚

在夜市裡看到「磁浮釣魚」的攤位,好奇地湊過去看,才發現跟磁浮一點關係都沒有,不過卻還是有跟「磁」沾上邊的。


它和需要水池的撈(真的)金魚完全不同
和需要水流的釣(假的)水中生物玩法類似

可看到檯面上的塑膠假魚是以圓形軌跡在運動的,不難理解檯面下有較大的磁鐵吸著假魚一起運動,同時也使用同樣的機制在固定的位置讓假魚的嘴巴張開、閉合,再置入魚鉤釣起,就像大型化的塑膠魚池,使用了電與馬達控制。


由距圓心不同位置的磁鐵吸引內外各圈的假魚一起運動
假魚的造型和玩具相同,但基本上是腹部在下,故需要嘴部的控制機制

單的釣魚玩具的魚尾是朝下的且限制在圈圈裡,行經軌道突起處時,才會被頂起而讓嘴部張開。張嘴是因為重力力矩導致,所以只要觀察夠久,便知道假魚總在固定處張嘴等著被釣,只要耐著性子別老是轉換目標,就一定會釣到(但手抖就沒辦法了)。

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7月18日

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。

2024年3月20日

生活科學-化學-一氧化二氫

當然啦,
自從我改喝了一氧化二氫之後,
腦筋就靈光許多,
每次考試都得100分呢!

梗係啦,自從我改喝咗水之後
啲腦筋好咗好多呀,次次考試都得一百分添呀!

2022年9月14日

生活科學-化學-電石竹炮

戶外教育曾經帶過許多地方,有現場表演、遊行的園區不在少數,只是得在特定時間才有得欣賞。也去過幾次位於屏東的台灣原住民文化園區,雖然一定看得到原住民歌舞表演、搭乘遊園車及不同的體驗活動,只可惜有一項演示一直沒有親耳聽聞,得碰運氣,不然就是待到表演時間到。

文化園區位於屏東縣瑪家鄉北葉村
是便於探索體驗、洗滌身心、家族聚會的文化公園

也就是電石竹砲啦!以往的竹炮,當然是在山林裡就地取材用中空且長直的麻竹製作的,而且要將內部的竹節去除,空間才夠大。但是竹製容器用久了,氣爆過幾次以後,結構肯定不若強健的新品,因此園區採用結構性較強的金屬筒身,並有效提升使用次數與保存的便利性。


十幾門電石竹砲排排站,介紹不同原住民族名稱時也會輪番點燃
也可以更名為電石鐵砲,威嚇力感覺強一些

早年使用於台東縣電光阿美族部落,其作用為遇有他族侵襲時嚇阻敵人,平日用於驅趕鳥群。竹砲是利用電石中所含之碳化鈣,遇水蒸發形成乙炔,再將筒內充滿之氣體引燃造成氣爆,但無危險性及有害人體身心之虞。

文字資料來源:背景帆布解說

不過解說文字中有小小錯誤的地方,就是電石遇到水是化學反應,不是蒸發(物理變化)。也就是電石與水混合反應後,產生可燃性的乙炔氣體和鹼性的氫氧化鈣。接著,點燃筒內的乙炔氣體,產生火花及爆炸聲響。

 
放置電土(碳化鈣)的筒蓋上有個小孔,就是外部火源靠近的地方
可以思考看看,為什麼砲筒上方還需要加蓋子呢?

蓋子除了不讓異物進入,避免下雨時筒內積水,也不讓乙炔氣體快速散逸,主要原因真的是這樣嗎?乙炔氣體的分子量是24,和空氣平均分子量29相去不遠,加鐵蓋進行向上集氣法的效益不大,只是不加蓋還是會飄出來就是。

在晴天的演出活動時,筒身上方的開口是不加鐵蓋的,換成是在筒身裡加橡膠板之類的物件,讓乙炔氣體在筒內積聚,最後點燃時,便能看到氣爆時的衝擊將板子帶出。

可參考影片前兩分鐘

2021年12月5日

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

2021年11月26日

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5VUSB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。

2021年10月29日

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:2016214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:
2016214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!

2021年10月16日

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



2018年4月22日

生活科學-視幻覺-旋轉風向計

2011131日經過淡海新市鎮時,聽在路邊拍下這一幕。風速計或風力發電機的旋轉方向可以經過個人的大腦判斷與解釋,決定成為順時針轉動或逆時針轉動(或許與實際轉動方向不同)。尤其是風速變大、轉速加快時更為明顯,透過背景、遠近、視覺線索這些條件,讓觀察變得更有趣。
 
轉速慢→
 
轉速快→

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2018年4月18日

生活科學-浮力-天燈

2011131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。