2013年1月31日

生活科學-視覺-向左轉?向右轉?


在高雄老家附近有一所左營高中,附近的眷村以及大馬路邊有好幾家知名的牛肉麵店,常常吸引許多饕客前往,因為除了牛肉以外,還有其他麵食類的美味,也是美食節目到了高雄時必定會去取景的地方。從小就在這邊吃過和別處色、香、味截然不同的牛肉麵,也因此在經過這邊時,偶爾會帶著妻小來這邊回味我小時候的記憶。

附近由於是眷村以及海軍營區,所以建築景觀是沒有變化太多,倒是多了一些新的學校、世運主場館以及捷運。在等待老婆拿回熱騰騰的餐點時,一個物體吸引了我的目光。通常靜止的物體很難吸引眼睛的注意力,所以它是會動的,但是它所展現的動態卻不是車水馬龍的移動,而是不由自主地的轉動。
在半屏山綠色背景的襯托下,物體便被突顯了出來
有注意到左右兩張照片中的不同處嗎?玩玩「大家來找碴」

你找出來了嗎?沒錯,就是樓頂正在旋轉的風速計。你應該納悶起來了,風勢強弱會影響轉動快慢,而且屬於地球科學範疇中的氣象觀察設備有什麼奇怪的。會不會釋因為最近國三教到槓桿原理,就想要利用它來解釋由於合力矩不為零,所以會轉動的道理呢?
這是一所有嶄新建物的國小,也就是有趣物品的所在地
不曉得該校的老師自己知不知道自己的學校大樓上面有好玩的東西

不!既然要討論,就不能只討論力學部分而已,接下來我會帶著大家來看看我的「看見」,究竟是有何令人感覺神奇之處。既然是「看見」,就是要說說它帶給我的光學與視覺的奇異感受。
看一次若看不出來,就建議多看幾次

看完以上的影片了嗎?接下來才是重點,經過親身與影片實際測試,旋轉的風速計會讓有些人覺得是順時鐘旋轉,而其他人覺得是逆時鐘旋轉。我則是看過許多次,不管在現場或是反覆觀看影片,盯著它看一段時間後,旋轉的方向會改變,可以是從順向轉逆向,或者是從逆向又變成是順向。

先試著解釋其中的道理,有關這類視覺的問題若有解釋不清的地方,大家可以一起討論或給點意見。

在蔥鬱樹林的深色背景下,距離太遠使得人的眼睛觀看遠方景物時,即使物體正在運動也難以分辨遠近,而分辨的方法就是靠著與其他明顯標的物之間的相對位置來判斷。對於肉眼來說,遠方的一切就好像風景照片一樣是平面的,每一種東西如同拼貼一樣。

如果遠方的風速計扇葉是逆時針旋轉,就會在深色的背景上出現從圓形軌跡邊緣出現的扇葉圖像。但如果扇葉原本是順時針旋轉,也會產生一個從圓形軌跡邊緣出現的扇葉圖像。所以,不管扇葉是順時針轉動或是逆時針轉動,都會產生相同的圖像。
也因為距離遙遠,轉得也快,所以一時無法分辨扇葉真正旋轉的方向,只能依據當時的光影變化去感覺。不同的人對於它的轉動會有不同的解釋,而且由於認為順時針轉動或是逆時針轉動都是同樣有效的認知或解讀,所以這種情形稱為「bistable」。因此每個人的感覺都是不同的,解讀為順時針或逆時針,跟自己的大腦有關。

除了大腦會做出不同的判讀之外,視覺系統上的隨機干擾也會影響每個觀察者的答案。況且,我也發現在「凝視」扇葉的旋轉數秒後,所觀察到的旋轉方向將會突然產生變化,這應該跟適應與認知之間的連結有關。這裡所說的適應,跟感覺疲勞有點兒關係,刺激久了,反應的強度也弱了,而認知重置之後也會使觀察者重新「改觀」。

我們常說「眼見為憑」,但環境中的蛛絲馬跡或者我們察覺到的脈絡,有時候也會影響到大腦的認知呢!我們看到的是真實的世界還是我們想要認識的世界呢?
你如果眨眼,會更容易發現它的改變

生活科學-令我訝異的花博煙火秀


我等了一天,充滿期待地打開電視,只看到一片白茫茫的煙霧...沒錯,我在等著欣賞花博的煙火秀,手中的遙控器轉到某新聞台,號稱有HD現場直播,但真的是看了二十分鐘就看不下去了(我竟然還撐了這麼久哩),只好轉台看迪士尼頻道的「天外奇蹟」。
我只聽到轟隆隆的爆炸聲此起彼落著,但是煙霧卻仍盤據著大半個電視螢幕,不是我家在烤肉,而是夜空中的煙霧久久散之不去。所以我看了二十分鐘,也呆坐了二十分鐘,透過螢幕看著煙火對岸的現場觀眾的雨傘越來越少,我在想:「我是不是也該離開沙發了?」

耀眼的光芒都看得到,但僅限於鎂所燃燒的白光、鈉氧化所釋放的黃光、燃燒鋇所產生的綠光和鍶劇烈氧化所噴出的紅光。藍光和紫光等波長較短的光線幾乎穿透不過來,其他色光也只有在剛出現的時候比較「耀眼」而已,至於火光的軌跡和花樣,要有慧根才看得到。
正面的部分我先講一講,可以感受到的是光比聲音快,因為先看到劇烈燃燒時所產生的光芒,接著才是聽到爆炸聲響,所以可以證明理化老師說的還是有點用處,絕對不是眼睛長在耳朵前面的緣故。我的學生也可以跟家人解說各種金屬燃燒時的焰色,或者是可以看到雷射光直線進行的軌跡是因為光線的散射。

可是,那然後呢?要講從頭到尾看到的煙霧是或不是小水滴嗎?是因為濕氣太重以及凝結核太多。

這麼說吧!我覺得這場高空的金屬煙火秀,真的是花很多錢,但效果真的不如預期,一開始的五國煙火秀有點兒只聞樓梯響的感覺…
還好,九點半之後的狀況真的有好一點。

科學玩具-物性-晶靈御守(許願晶靈)


因為有幫忙台中的楊鍾鳴老師做一些跟論文有關的Pilot Study,做一些關於壓力的探究式實驗教學,所以他就特地寄一大盒包裹給我當謝禮,送我抽氣罐和一些化學相關的實驗禮盒。其中一種就是晶靈御守Crystal Garden)實驗組,他說可以和小朋友一起做這個實驗,共同許下願望。

由於是在石尚自然探索屋買的,所以精美的包裝讓我捨不得拆了它。
這一組實驗禮盒有四種顏色,代表西方早期的四元素,各自有其意義
分別是代表白色純淨的風、綠色清新的水、黃色朝氣的土和紅色熱情的火
而我收到的這一組是水(Water Element)的願望

定價249元,是我雖然早已知道有這個東西,但是卻不太願意買下手的原因
底下還有一個小括弧(專利申請中),這就代表…

連包裝盒背面的說明也經過精心設計,簡略地用圖文表達操作步驟
簡易而可愛的步驟才會勾起小朋友購買的慾望

不過,過了幾天之後,我在某大批發賣場也看到了同樣的產品,只不過名稱改成了許願晶靈,而且顏色更為多樣化,代表的元素更多種,共有六種。分別代表中國的五行,像是白色的金、綠色的木、藍色的水、紅色的火、黃色的土以及紫色的火。
大陸版的長晶實驗,名字被改成了許願晶靈Wishing Crystal
價格更是連40元都不到,買了六個還比上面那一組便宜

咦?「火」不是已經以紅色的型態出現過了嗎?多出這個紫色是什麼意思?所以我就以這個奇怪的紫色的火元素來做實驗吧!

啟動許願晶靈的操作方法很簡單,就是像組裝模型一樣,按照步驟一步步來就可以了,一點都不用動腦筋。
用虔誠的心打開許願晶靈包裝(說明書上的指示,可依信仰而有所不同)
先將所有配件羅列出來,檢查有無遺漏
裡面有晶粉、晶種、瓶子、軟木塞、攪拌棒、麻繩、小卡片和說明書

拿出原本放在瓶中的晶種,將攪拌棒垂直插到瓶內底部
倒入熱水,直到攪拌棒的刻度線

倒入晶粉並耐心攪拌直到晶粉完全溶解
靜默三分鐘默許你的心願(這是說明書上的指示,向誰祈禱隨個人喜好)

投入晶種,圓弧面要朝上

蓋緊木塞,數小時後開始成長

為了避免晃動及干擾,在上述步驟依序完成後,我就把整個裝有紫色溶液的瓶子放在不容易被誤觸的地方。你可以在照片中發現瓶子的右邊有醬油,左邊有辣椒醬,也許你會覺得奇怪,怎麼會和調味料放在一起呢?不小心拿來「調味」怎麼辦?不過說實在的,家中最隱密的角落就是這兒了,因為…廚房不開伙。
俗話說:最危險的地方就是最安全的地方,應該沒有人會傻到加紫色的調味料吧

經過一天的冷靜,就可以移除軟木塞,之後務必靜置(重要的成功關鍵)

靜置中的許願晶靈長晶時,環境中的溫、溼度的變化、是否通風,還有會不會一時手癢常拿動等,都會影響到晶體的外觀。越是穩定的環境再加上越不被移動,晶體就長得越慢,長得越久將會越好看。而長得好看的標準就在於晶體晶瑩剔透的程度。所以整個過程從頭到尾就是要許願者耐心等待,不可躁進。