顯示具有 清水 標籤的文章。 顯示所有文章
顯示具有 清水 標籤的文章。 顯示所有文章

2017年11月23日 星期四

岩石觀察

在一場研討會中,帶領地質觀察的老師,介紹如何將岩石磨成可以透光的薄片,然後透過顯微鏡進行觀察,甚至是將一些不起眼的沙子,用膠固化之後,再研磨到可以透光的厚度,最後在顯微鏡底下,就可以看到這些沙子內部的節理。

回來之後我就想,雖然我們沒有這些『貴山山』的研磨設備,難道我們不能試試看嗎?

於是我們用3D先做出嵌模(Mounting)用的小杯子,然後倒一些沙子進去,因為擔心太多不容易磨到透光的程度,所以數量不用太多,接著先倒少量的樹脂進去,先跟沙子攪拌一下,避免樹脂無法滲透到沙子中間去,然後將浸透樹脂的沙子再盡量舖平,最後倒入乾淨的樹脂,填滿嵌模的 7 到 8 分左右,然後等樹脂硬化。

將硬化後的沙子模型,就用銼刀研磨。

研磨到沙子的時候,可以先觀察是不是可以透光,如果是,就可以進行觀察了。
可以看到研磨平整的這一面,有些沙子已經被磨平。

放到顯微靜下,我們就可以觀察到沙子的剖面。
這是利用手機顯微鏡看到的結果

這是利用手機顯微鏡看到的結果

接下來改用顯微鏡觀察看看,但是因為岩塊的模型有一點高,觀察的時候,就算用低倍率的物鏡還是沒法對焦,最後只好辛苦的再磨掉 3 mm 左右,才能剛好進入對焦的範圍。

用顯微鏡看到的倍率更高,也可以清楚的看到沙子中岩石的節理。



從節理看來,這些沙子的主要成份應該是方解石。
圖片摘自「自然與人文

以下是這次實驗的一些缺失處:

1. 黑色的沙子裝的有些厚,使得一開始樹脂與沙子混拌的不均勻,有些沒有黏好。


2.研磨不夠,沙子的還沒有辦法透光。

3. 樹脂有些老化,黏稠度太高,使得硬化過程,氣泡無法完全消除,影響透光。

2017年10月13日 星期五

無重力實驗

無重力的環境中,許多我們覺得習以為常的現象都變得不一樣。

2011年1月在人文與孩子討論「跟太空人對話」的議題時,我們也思考過類似的問題,也羅列出許多可能在太空中可能會產生不同結果的現象來問太空人,其中一項就是在太空中的火焰會有不一樣的狀態嗎?我們想到這個問題,是因為火在地球上的形狀,受到重力的影響很大,例如蠟燭燃燒的時候所產生的火焰,是因為蠟燭蒸氣是比較熱、密度比較低的,所以在重力的作用下,它會向上飄起,也使得蠟燭的火焰成為向上延伸的形狀。我們想像在無重力狀態下,因為沒有重力的影響,所以無論燭蕊中心的蒸氣不會有向上飄的問題,而是會影向四周擴散,所以我們想像他會成為球狀的。但是這個問題在詢問太空人時後,他們告訴我們,在太空中火是很難被控制的,所以他們基本上不會用火,而這個問題他們也沒有正式的回答。

今年九月,看到鄭永銘老師的部落格文章,提到無重力下的火焰狀態,提到無重力下的火焰狀態,其中引述了國外所做的無重力實驗,執行的方法很簡單,其實就是將實驗的內容,先預放在一個箱子裡,再將箱子從樓上丟下去,這個自由落體的過程,箱子裡面所呈現的就是一種微重力狀態,在國外的影片中蠟燭的火焰果然成為一種類似蕈狀火的現象,也符合我們在2011年所做的推論。

NASA的圖片,摘自「跟著鄭大師玩科學

跟科學實驗社的同學討論之後,我們決定做這個實驗,同學們也很給力,一下子就將相關材料、器材準備好,所以我們也第一次感受短暫失重狀態的實驗。

第一次的實驗當然就是先重複國外影片中的實驗只是我們將木箱換成了紙箱,GoPro的攝影機換成另一台富士的防水相機,然後用鋁絲將相機、蠟燭固定之後我們就開始實驗。

紙箱內的固定方式,左側綁著相機,右側平台放置蠟燭。

測試的紀錄影片如下:

做完火焰形狀的實驗後,我們檢討的幾個問題首先因我們的蠋火不夠大縮小的程度比較看不清楚,其次,數位相機的解析度似乎差了一點。

接下來我們思考利用無重力的環境,我們還可以做什麼樣的實驗?

首先想到的是當我們不小心墜落的時候,我們會有嚇了一跳的感覺,這種反應甚至被用在電影的劇情裡面,我們想,是不是所有的生物,對於無重力的狀態都會有相同的反應,所以我們想用魚來試試看,再無重力的狀態下,會不會有驚慌失措的現象。

其次是我們都知道,在無重力狀態下,水滴會形成類似球狀的,假設我們現在有一個水流,突然之間這個系統進入一個無重力狀態,推測水應該不會再流動,然後原本在空間中流動的水柱,應該會慢慢的聚成水球。

實驗的結果是,小魚似乎沒有因為突然間進入無重力的狀態而有任何的驚慌失措,這個實驗我們重複了幾次,都得到相同的結果。但是這也有可能是魚的驚慌失措現象太過細微,而我們說使用的相機沒有辦法如此清晰地抓到畫面。

關於水柱變成球形的實驗,由於實驗的空間有限,在第一次實驗的進行中,水流沒有辦法如預期的在釋放的同時仍然保持原來的流向,導致相機沒有辦法拍到水柱,而這次實驗之後,器材就溼掉了所以我們也就暫時沒有辦法繼續做第二次的實驗。

總的來說我們找到了一個在地表可以有效地模擬微重力的實驗方式但是能夠維持的時間很短大約只有1秒所以實驗的內容不能太複雜,後續如果我們在想到其他的實驗內容我們也可以繼續再試試看。

2017年4月15日 星期六

表面張力

什麼是表面張力?
到底是附著力還是內聚力的影響?

簡單來說,液體的表面有一個張力,這個張力是促使液體形成最小表面積的力,表面上的每個點,都有著來自四面八方的力,沿著那個點的切線方向施力。

當一個小物體掉落在液面時,除非這個物體與這個液體有相當好的「吸引力(附著力)」,否則液體的表面的表面張力,會對小物體形成一種支撐力,使其不會陷落到液體裡面,這就是我們可以看到水澠在水面上自由移動的現象。

正常來說,鐵做的迴紋針,密度比水大,當它落水的時候,應該都會沉入水中才是,但是因為迴紋針的質量小,如果能夠小心的放到水面,我們可以看到迴紋針其實是可以「飄」在水面上的,這就是水的表面張力支撐迴紋針的現象。

在下面的實驗影片中,我們可以看到,當鋁絲因著水的表面張力而飄在水面時,如果鋁絲其中一側的水面被加入一些清潔劑時,因為清潔劑會破壞水的表面張力,於是鋁絲會被另一邊沒有加清潔劑的水面的表面張力拉過去。


2017年4月14日 星期五

什麼是研究精神?

在週二科學實驗社中,這一週的主題是「伽利略溫度計」,但是子弘想做一些不一樣的,於是他選擇了「蘚苔畫」的主題。

在蒐集蘚苔,調配泥土與糖,然後用果汁機打出一杯泥水狀的溶液,接著就是找尋可以作畫的空間,所幸在清水這個自由的空間裡,雖然明天就有審查,但是還是接受他們大剌剌的在牆上作畫。

隔天,子弘問,我是不是要噴噴水?

接著又問,我是不是可以噴不一樣的水?例如加糖的水?

這就是我們要的研究精神,從好奇心出發,想要有一些改變,也期望這些改變會有影響,聽著子弘的問題,我也開始期待了。

在提醒子弘記得留下紀錄之後,就看子弘仔細的調配糖水,就不同的區域進行噴水。

今天(週五)子弘再次進行噴水,突然很興奮的告訴我,在噴糖水的區域,可以看到綠色的點點,是不是蘚苔在生長了?老實說,我也不知道,但是懷著好奇與期待的心情,我們開心的照相做紀錄。





2017年4月2日 星期日

原來斧頭、鋸子是這麼用的!

科學實驗社今天要做醣解地瓜,但是我們是要用「窯烤」的方式進行,所以需要一些木頭,於是乎看到同學們紛紛拿起鋸子、斧頭,設法將樹幹鋸成較短的長度,再用斧頭劈成較瘦的細枝,這時候我們可以發現許多同學都是第一次拿鋸子,第一次用斧頭,甚至有的一次生火的。

原來,這些事情看似簡單,但是都有他的工作的道理,

劈柴的過程,不是用蠻力就可以解決事情,而是先將斧頭的尖端,沿著木頭的紋路敲進去一個角落,再慢慢的利用斧頭契形的結構,使其深入木頭內部,進而使木頭撐開,最後將斧頭的刀口垂直於木頭紋路的方向,輕輕敲進去,木頭就應聲列開了。




鋸木材其實也有一些學問,就是要注意刀口鋸齒的方向,一般來說,鋸齒的倒口是向這自己的方向,也就是說,將鋸子拉向自己的時候,要稍微用一些力氣,推出去的時候,則是輕輕推出去就可以,這樣才不會浪費力氣。對了!鋸的時候,木頭的固定很重要,這樣才不會浪費力氣,也能有效的工作。


生火的時候,這次我們剛好可以利用上次做的酒精爐來做點火的起始能量,在堆疊好木柴之後,將酒精爐置於木柴堆下方,沒多久就可以點燃了。

當然,要將火順利升起來,空氣的補充是最重要的,所以我們使用吹風機輔助,果然沒多久就將火升起來了!


很可惜的是,放學前地瓜沒有完全烤熟,等到隔天之後,地瓜全都焦黑了!

清水的陌生客--象鼻蟲

3月31日,自然教室來了一個陌生的客人,小東拿著竹筷子,讓它爬在上面拿來問我,是否認識它?

他可能是受了驚嚇,移動也不動的停在竹筷上,所以我們可以盡情的對它拍照。





它怎麼來到這了?
它是誰?
怎麼在清水這麼久了,從來沒有見過它?

在進一步的追蹤之下,發現原來它是「香蕉假莖象鼻蟲」,喜歡吃香蕉的假莖。

但是學校沒有種植香蕉的情況下,怎麼會跑來學校,也值得我們進一步觀察!

2017年3月28日 星期二

原來 HTML 這麼有趣

課程進入第七週,在創客這個班,有些同學要觀察生態,做生態紀錄,有些則要進行 Arduino 的程式學習,也有持續在 3D 設計上練習的同學,也有兩位願意學習 PHP 程式設計。

在 PHP 的程式設計中,我請同學先從 HTML 網頁程式開始,先理解這類的標籤程式,因為這是要將程式執行結果成現在瀏覽器的最基本的方式,剛開始幾週,或許還沒有感受到具體的成效,所以同學學起來有些意興闌珊的。

但是今天在一個基本網頁架構完成的同時,她告訴我,原來 HTML 這麼有趣。


突然間覺得好感動!

相信我,再繼續學下去,當妳學會 PHP 、 MySQL 、 Java Script ,你會覺得這些程式除了好玩,還可以協助我們解決許許多多的問題。

加油!

2017年3月15日 星期三

轉動慣量教具

在物理學上,有許多的實驗要做,但是買起來每一樣都要價不匪,幸好我們有3D設計的技術,再加上家長借用的3D列印機,我們可以自己產出適當的教具,讓我們的學習更有感覺。

在轉動慣量中,我們可以知道力矩等於轉動慣量與角加速度的乘積,也就是說,當力矩固定的時候,轉動慣量與角加速度就會成反比。

在實驗中,我們利用重鎚當成固定的施力,作用於轉盤的線軸上,那麼這個重力與線軸的半徑就形成一個力矩。

轉盤上方設計有不同半徑的孔位,每個孔都可以插入一顆螺絲,在最外圈的孔內,四個方位各插入一個螺絲,則此時因為每個螺絲與旋轉軸的距離較遠,由於轉動慣量為每個質點質量乘以質心與轉軸距離的平方,因此相較于將螺絲插入半徑較小的四的孔來說,此時的轉動罐量是大的,於是角加速度也會比較小。

設計圖如下:
手繪草圖

轉盤的設計,下方即為輪軸

頂心,用來支撐轉盤與連接頂柱


組合示意圖,轉盤與頂心中間有軸承

這個實驗器材除了測出「感覺」之外,可以精算嗎?

我相信可以的,我們可以利用連續拍攝的相機或是攝影機,觀察重鎚落下的每個時間片段的重鎚位置,我們就可以托算每個紀錄點的轉盤位置,也就是旋轉的角度,如此就可以算出角加速度了。



2017年2月24日 星期五

高中物理好難

高中物理似乎開始有些難了,但是難應該是難在同學們對於用代數計算的複雜度與透過代數之間的關係去理解物理的現象,這部份在我過去的經驗來說,也需要許多次的練習推導,來得到對文字計算的敏感度,似乎沒有捷徑。

今天課程之後,又增加了四個作業,而講解「人在船上行走」的作業時,很高興的聽到不同的同學從不同的角度切入問題,也能利用自己的思考方向,得出正確的解決之道,這正是我們需要的強心針。

對於還需要時間摸索、思考的同學,建議多一些練習時間,你的物理將會跟你的表演一樣精彩喔!


2017年2月23日 星期四

高中物理第五章-質點系統

熔鋁

實驗內容:煉鋁
作法:
  1. 實驗設備佈置圖如下。 
  2.  利用埋在地下的不鏽鋼爐,置入木頭之後,以吹風機將風吹入爐中,補充燃燒所需要的大量氧氣,使木頭可以劇烈燃燒,放出大量的熱量。
  3. 一般來說,鋁的熔點大約是攝氏660度,因此爐中的溫度一定要超過這個溫度,如果再考慮溫度散失的問題,那麼燃燒溫度至少需要在800度以上。
  4. 熔爐的配置是環狀,期望能將吹風機吹入的空氣,以螺旋的方式補充到環狀的木頭區,但是有時候木頭燃燒的殘渣會阻礙空氣的流動,造成熔爐周圍溫度的不均勻,因此在燃燒的過程,需要不斷的注意空氣流動與木頭的補充。

實驗結果
  1. 在加熱了一個半小時之後,鋁罐果然可以融化,並且有液態鋁的生成。
  2. 在空氣適當的補充之下,燃燒溫度可以立刻升高許多,例如我們剛開始放紙進去點火的時候,初期火的溫度並不高,但是吹風機一吹之後,溫度立刻提昇,也使得木頭很容易點燃。又有一次,鋁罐掉到熔爐外部,但是外部的溫度太高,我們暫時將吹風機關掉,果然外部的溫度就突然降低了。
  3. 這次實驗總共熔了大約30個鋁罐,但是可以倒出來的液態鋁卻極其有限,推測是因為鋁渣(爐渣)過多的關係,鋁渣的部份主要是雜質,一方面是來自於鋁罐本身儲存的時候所夾帶的雜質,一方面就是燃燒時掉落的木頭碎屑,還有就是鋁與氧氣反應生成的氧化鋁。這些鋁渣一般來說是一些熔點更高的複雜混合物,少量的爐渣,可以浮在鋁液上面,阻止鋁的氧化,但是由於其表面形狀的不規則,也使得大量的鋁附著其上,而無法倒出來。

結論
  1. 未來再做熔鋁的時候,要用新的溶杯,而且每次實驗之後,要盡量將溶杯中的鋁渣倒出來。
  2. 實驗過程中,要減少雜質掉落熔杯當中。
  3. 灌注用的模型,要及早確認與構型完畢。

2016年12月13日 星期二

手中的火

科學實驗社幾次實驗之後,我們新的項目:「手中火」。

這個實驗操作上有它一定的危險性,但是只要在條件的控制範圍內操作,安全性也是可以被接受的。

首先,我們調配一盆肥皂水,注意,我們需要的是泡泡比較不容易砲掉的。

一般來說使用洗碗精比較容易起泡,而泡泡也不容易破掉。

接著將一般卡式爐用的瓦斯,用軟管接起來,開口端通到肥皂水下方,輕輕壓下噴頭,使瓦斯噴入肥皂水中,並形成數個瓦斯泡泡,請注意,一次不要注入太多的瓦斯

將手掌泡入肥皂水中,將手掌整個泡溼,離開水面的時候,讓一些瓦斯泡泡停留在手掌中央。

使用噴頭較長的打火機,點火之後將火源靠近泡泡,接著可以看到泡泡整個著火起來,而手掌的水分會幫助降溫,所以沾濕的手,不可在空氣中停留太久再點火,否則可能發生手掌太乾,手中的火會使手掌溫度升的比較快,也可能會有灼傷情形。

由於瓦斯燃燒的火苗是向上燃燒,所以手掌務必平舉,不要讓火燒到手臂。

執行這個實驗的時候,請記得,瓦斯注入水中之後,要先拿開,比免產生引火現象。


2016年10月12日 星期三

關於地形圖的3D模型 - II

上一篇(關於地形圖的3D模型 - I)講到我們可以從 Terrain2STL 網站,將 Google 的地形圖可以轉換成 3D 的模型,以下說明一下操作的過程。

首先,在進入 Terrain2STL 網站後,我們可以看到以下的頁面,左側其實就是 Google 地圖,右側則是控制選項。我們先在左側地圖中找到我們的目標區域,例如加羅湖。

由於這個網站連結的版本限制,你能看到的資訊有限,萬一在這個地圖找不到你想找的目標,你可能要另外開啟Google地圖或是 Google 地球,再由這個完整功能的 Google 地圖中尋找目標,再核對 Terrain2STL 網站的地圖是否正確。
本圖是 Google 地圖中找到加羅湖的位置

在右側的控制選項中,第一個標籤是 Location (位置) ,按下 (Center to view) 後,它會用紅色的區域顯示出即將擷取地形資料的區域,而經緯度則是顯示地圖中央的經緯度。

在第二個標籤 Model Detail (細節) 中,我們可以調整資料區域的大小 (Box Size) 、旋轉角度 (Box Rotation) 、垂直縮放 (Vertical Scaling) 。經驗上垂直縮放在地形起伏不大的時候,具有強化的效果,但是其實這部份也可以後處理的方式來做。資料區域的大小則建議在選取區域的時候要確定,經驗上,選最小的120,可印出寬度約4公分的大小。

在第三個標籤 Water and Base Settings (水平面與基座設定) 中,我們可以調整水平面的高度,讓地圖區域中的水位下降一些,突顯出河道或是水面的位置。基座高度則是生成模型時,基座的真實高度。

最後按下 Create and Download (建立與下載) ,視窗會導入另一個跳出畫面,讓你儲存一個 .ZIP 的壓縮檔,我們所處理區域的 3D 模型 STL檔就在其中。

經過測試,下載後的 STL 檔如果直接送到 3D 列印機的切片程式,一般是可以運作的,但是如果你想用 3D 設計軟體再加工的話,就會發現這個 STL 檔其實是有些為封閉的區間,這時候我們可以利用 Meshlab 的軟體處理,處理之後再送到 3D 設計軟體後處理。

最後就可以送到 3D 列印機列印了!

下次登山、旅遊前,說不定我們可以先將當地的地形印出來研究一番!

2016年10月2日 星期日

龍捲風

龍捲風是個大自然的特殊現象,也是個有趣的研究題目,有一年我到舊金山的「自然科學探索博物館」參觀,裡面就有一個好大的龍捲風實驗模型,中央一直有抽風設備在吸取上風的空氣,使內部形成上升氣流,周圍的沒有完全封死,但是他設計的行人動向,使上升氣流自然帶有一些風切,地板中央有煙霧產生氣在緩緩產生煙霧。我們參觀的人潮走著走著,突然間就看到中央的龍捲風形成,很有趣的實驗設計。

但是我們在小小的清水,又沒有什麼經費,確實難以作到像「自然科學探索博物館」那樣的裝置,但是我們還是可以試試看,我們可以利用現成的材料,作到什麼東西。

2016.9.26的實驗
實驗項目:龍捲風。


龍捲風的形成主要是因為急劇的上升氣流加上側風的氣旋導致高速的旋轉上升氣流。


我們設計上是利用瓦愣紙板作為主體結構,然後下方各邊的右邊各開一個進風口,這樣風吹進想體內部時,會形成一個風切,也就是上升氣流旋轉的動力。


進風口的位置放置點燃的蚊香,用它產生的煙來協助觀察氣流方向。

四邊的瓦愣紙板上也開了一個觀測窗,再用透明膠帶貼起來,以觀測內部氣流的情形。
上升氣流的部份,我們先用一個酒精燈置於底部,當熱空氣上升時,就形成上升氣流。

觀察:
  1. 當上升氣流形成時,四方的進風口確實使氣流成為旋轉氣流,這部份可以透過肉眼觀察煙的流動與酒精燈的火看到,但是還是沒有辦法得到一條「氣旋柱」的龍捲風模型。
  2. 嘗試加大上升氣流,我們嘗試兩個酒精燈、外加風扇的協助,但是都沒有使「氣旋柱」的龍捲風模型出現。

  3. 後來有同學想到用雷射光照照看,我們意外的發現,當雷射光掃過煙的時候,可以形成類似氣象雲圖的俯視圖,也可以看到類似颱風眼的結構。