2013年2月3日

科學玩具-電磁-迴轉歐吉桑


進入婚姻之後,也開始有了沉重的壓力
在中壯年交界之際,這種無形的負擔會使人變了個樣

從日本之行花錢帶回來的戰利品中,有一個造型相當令我喜歡的玩具-迴轉歐吉桑,它不是永動機,因為世界上根本沒有這種機器。但它卻可以將一種能量轉換成其他不同形式的能量,是一種桌上型的精緻擺飾,之所以稱為擺飾,在於它可靜可動,各有不同的風味。
背面說明書上的四格漫畫,道盡了日本社會小人物,但也是一家之主的艱辛
為了領薪水過生活,一切都要打拚

原因無它,因為家裡的成員個個都是不簡單的角色
從太太、小孩甚至是貓的表情,都可以看出為什麼要這麼努力

他就是這一次的主角-米田 保先生(還好他的父母沒把他的名字取為「共」)
已經52歲了喲,感覺一輩子都很辛苦的樣子

舉凡以往所稱呼的永動機,其實只都是噱頭,都會有暗藏一些機關額外提供動力及能量,或根本只是紙上談兵,只要仔細思考,就可以找出其中破綻,根本沒有實際上可供利用的永久機器問世。
一般來說,坐在辦公椅上的小小上班族,特徵都是有點鮪魚肚
中廣身材不會自行消失,但肚量卻會越來越大,也難怪看起來有如此吃力的表情

動力來源僅僅需要兩顆三號(AA)電池,最好是裝新的電池
因為新的電池電壓(電動勢)比較高,提供的電流也大

它其實是一個電磁鐵的玩具,線圈就隱藏在底下的黑盒子中。它的各部位的構造其實很簡單,主要的動力來自於電池中的化學反應(化學能)所產生的電能,讓電流經過線圈時產生磁場,由於電池所提供的是直流電,所以電流方向不會隨著時間而有變化,因此電磁鐵所產生的磁場方向也是恆常不變的,會改變的只有隨時間流逝而逐漸減弱的電流大小與磁場強弱。
人偶下方有一個銀色塑膠包覆著的擺錘,翻過來看,主要的是黑色的氧化鐵磁鐵
它的作用不言可喻,就是提供方向固定的外加磁場

電磁鐵的磁場與外在磁鐵的磁場產生交互作用,可能是吸引也可能是排斥,就看可以產生磁場的物質如何擺設與組裝。簡單說明一下,底座的電磁鐵其實是要和銀色擺錘內的大型磁鐵互相吸引的,所以擺錘擺動時會有兩個力矩同時在作用著,一個是重力所造成的,另外一個則是磁力所造成的。(先請你也思考一下,為何不使電磁鐵和擺錘互相排斥?)

重力會使擺錘盪到最低處,這是無法違抗的自然界法則,雖然重力大小不變,但隨著擺錘的位置不同,力臂長短會不一樣,因此重力所形成的力矩大小會有差異。另一方面,電磁鐵能在擺錘在擺到最低點時,也就是兩者最靠近時,給予最大的吸引力,就好像盪鞦韆時有外力順勢推動一樣,所以能以更快的速度通過底座的電磁鐵,而不被吸引並侷限住。
這雙重力量所形成的磁力矩和重力力矩,在使擺錘旋轉的方向效應上是相同的。

外在磁鐵共有兩個,除了上面的照片中所提到銀色擺錘內的大型氧化鐵磁鐵外,人偶的足部也有這一類的磁鐵,只是尺寸比較小而已,但還是能提供與銀色擺錘互相排斥的力量。
銀色擺錘內的磁鐵,只是讓銀色擺錘來回擺動,但是對於人偶卻沒有任何助力可言
所以在人偶的腳底通常還會裝上磁鐵,這樣才會讓他有特殊技能

人偶的腳底所安置的磁鐵也要和銀色擺錘內的大型磁鐵互相排斥,如此一來,當兩者靠得夠近時,就能對擺動中的人偶提供額外的磁力矩,產生排斥力矩越大,會使得轉動的效果增加。
靜置時,人偶的腳底和銀色擺錘不在同一垂直線上,可以證明兩者的磁鐵正在排斥

重力所形成的力矩和磁力所形成的力矩大小相等,方向相反,使得合力矩為零

另外還有一個作用力與反作用的問題,擺錘和人偶互斥時的磁力大小相等,方向卻相反。但是相等的作用力與反作用力卻是作用在不同的物體上,對於質量輕的人偶而言,所獲得的加速度會相對較大,因此人偶不但會擺動得比較高,而且還會來個360度大風車的特技哦,真是辛苦的爸爸!
僅以此篇紀念紀念今天-我的36歲生日,多了一個孩子就多了一份責任,現在重心不應該完全放在學校,而是逐漸移往家庭,因為女兒真的好可愛哦!

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