2013年3月4日

生活科學-熱學-自動吸金爐(神明點鈔機)


家母曾告訴我說若是覺得心煩意亂的時候,到廟裏面去找個地方坐一下,讓自己平靜下來,對自己接下來的生活、決定或是步調都會有不錯的幫助,不論是與自己內心的交換想法或是透過點三炷香與神明對話,都是一種靜的儀式,透過香煙裊裊來直達天聽。

覺得當人真的很難的時候,總會想去廟裡參拜,倒不是每次都能獲得解決之道,而是要尋求慰藉,至少把心裡的話講出來。最近幾個月常常陪太太去烏山頭水庫附近的一座廟,想解心裡面對於工作環境上的結。先是向一旁的師父買供品和金紙,然後點香向神明拜拜,在一旁坐一陣子或在裡面走走看看以後,等時間差不多了再把金紙拿到一旁的金爐焚燒。

點香時要朝下面對爐火,將手中的那束香稍微分散開來比較容易且迅速點燃,原因在於可以增加接觸火焰的表面積,氧化反應也快一些。這跟摺金紙的道理是一樣的,摺金紙的目的在於增加金紙間的縫隙,一方面使火焰能竄入,在這些增加的表面積上發生反應,另一方面也使空氣中的助燃氣體能及時補充,獲得源源不絕的氧氣才能繼續燃燒,否則悶燒之下容易燃燒不完全,冒出陣陣濃煙也拖延反應時間。

不過家裡燒金紙,通常是丟在不鏽鋼爐裡,而現在越來越多的廟宇,將金爐上方開個對流孔,讓神明自己數金紙。不過,既然金爐是人設計的,那這類「人為的」神蹟就跟神明無關,而與大自然的力量有關。(看吧!老師一直在告訴你懂一些自然是很有用的。)與其說是被金爐自動吸進去的,倒不如說金紙是被吹進去的。

而且金爐蓋得越高越多層,效果還越好呢!這與熱對流有關,當熱空氣上升時,原本所在的位置就由附近的冷空氣就會過來補充,所以不會形成局部真空,而是造成空氣的流動,也就是從高壓區流向低壓區的風。流動中的空氣也具有能量,也就是有作功的能力。

它能在金紙上做什麼事呢?先來了解一下質量輕的流動空氣所具有的能量是……動能!但是就因為質量輕使得能量不大,但若是擁有較大的速率呢?那就該對它另眼相看了,因為速率是以平方的模式來大幅增加動能的,就像質輕的子彈在高速時擁有強大的破壞力一樣。所以流動的空氣能對金紙作功,使其移動,甚至是翻起來,不過前提是爐火旺,熱空氣上升快,冷空氣也才能補充得快一些。

不過讓物體改變原本的狀態是需要力量的,這裡所改變的不是形狀,而是運動狀態。而那個改變狀態的力量肯定來自於與金紙接觸的空氣。當冷空氣快速地流過一疊金紙時,金紙上方的壓力會比下方的小,所以會形成壓力差,作用在金紙上下表面積的向上合力會讓金紙一張張翻起,接著再由流向爐內的冷空氣推入爐內。
這段影片有三種模式,剛開始是正確的方法,一旁有民眾用傳統的凹摺方法
接著請小朋友再做第二次作為對照,並讓下方邊緣稍微切齊,於是留有一小疊
最後再示範一次正確的方法,不出幾秒就OK

可是真的只有這樣而已嗎?一整疊金紙能不能被推進去當然與熱對流、上下壓力差異有關,不過我也觀察到有個重要因素,就是該考慮金紙是如何被翻起來的。偶爾會看到一些香客擺放金紙,但絲毫紋風不動,我在想,如果懂一些科學是不是會更有幫助呢?我也試過不彎折的方式,也可以讓一整疊金紙順利進入爐內啊!

仔細觀察金紙被翻起來的瞬間,它不是整個被抬升再被推進去的,而是像翻書一樣,這可是力矩的範疇哩!談到力矩,就不得不提到支點和施力點。必須給予易於使力的地方,力矩的轉動效應才會出現,若是沒有著力點,那即使爐火再旺,也很難將金紙推入。而支點在金紙接進爐火的邊上,抗力點則可視為在金紙的幾何中心。底下用幾張照片解釋其中的差異,相信看了相片就能理解,下次不妨試試看這招科學小撇步。
比較理想的金紙層疊模式,假設冷空氣由右方吹向左方
下方相對較大的壓力得以施力在右側邊緣突出部,金紙便容易被抬起

若堆疊成這樣,邊緣切齊時並沒有提供較大的施力面積
重力大於壓力差異乘以作用面積時,金紙進入爐內的情況就會卡卡的

若是堆成這樣高難度的形狀,即使是鹹蛋超人也會直接昏倒

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