2014年10月30日 星期四

[科展解析]以柔克剛---當牛奶糖撞上椰子

 牛奶糖子彈 


 


這是一個從網路流傳影片所聯想出來的作品。大家只要在YouTube搜尋「牛奶糖 椰子」就有。這是一個科展的比賽,也就是說,我們應該把這個作品當做是「矛與盾」的「研究報告」;而不是單純想把牛奶糖刺入椰子殼的「挑戰」。只是它的特色在於「軟矛vs.硬盾」。作者們利用了巧妙的研究方式,再加上合理的推論,告訴大家而種情況下,牛奶糖真的可以刺穿椰子殼。


 


 


X博士摘要說明】


 


1.  先用身邊容易取得的材料試試看,幫助自己了解研究的可行性。
2.  製作發射平台,控制每次牛奶糖發射的力量。
3.  不太容易拿一大堆椰子殼來做實驗,作者們用蠟塊建立一套測量標準來取代椰子殼。
4.  改變牛奶糖形狀(包括錐形的尖端角度、角錐形狀、角錐高等等)撞擊力道等等變因,來找出對蠟塊產生最大傷害的組合。
5.  最後再用真的椰子殼來驗證結果。


 


 


50屆科展物理科作品
題目:以柔克剛---當牛奶糖撞上椰子
作者:嘉義縣朴子市朴子國民小學同學


 


【摘要(原文)


在網路影片看到軟軟的牛奶糖竟然能刺破硬硬的椰子殼,剛開始我們有點懷疑,經過實際測試後,發現牛奶糖真的能刺入椰子殼,網路影片不是造假,哇,果真以柔克剛。我們的研究中,先設計實驗平台以及實驗方法,實驗中發現不同的撞擊力量、牛奶糖不同頂角角度、不同頂角尖銳程度、牛奶糖與硬物不同的接觸點數、不同角錐形狀,都會影響牛奶糖刺入硬物的深淺。牛奶糖要刺入椰子殼內,頂角角度不能太大,60 度的頂角只能撞凹椰子綠色外果皮,我們算出牛奶糖四角錐的頂角30 度達到秒速5.4 公尺(時速約19.4 公里),或頂角45 度達到秒速6.6 公尺(時速約23.8 公里)都能刺破椰子殼的內果皮硬殼。


 


X博士步驟說明】


為了控制每次牛奶糖發射的力量,作者們自己製作了一個發射器。


投影片1  


把牛奶糖固定在發射器上,對著準備好的蠟塊發射。


投影片2  


作者們用2種方法來制訂蠟塊受損的測量標準:
把鹽倒到蠟塊的洞裡,再把鹽倒出來看看有多少克。
同學爸爸提供牙醫用的塑模粉,用塑模粉把蠟塊上的洞補滿,凝固後可以取出來,就可以輕易看出孔洞的形狀。


下圖就是牙醫用的塑模粉做出來的孔洞形狀。


投影片3  


接下來作者們做了一連串的實驗,跟牛奶糖比較有直接關係的有
1. 牛奶糖角錐頂角角度。


投影片4  


2. 牛奶糖角錐尖銳度(把尖端切成小方塊)


pic5  


3. 牛奶糖角錐高度。


投影片5  


4. 牛奶糖角錐數量(接觸點數目)


投影片6  


5. 牛奶糖角錐形狀。


投影片7  


原本作者們以發射器後拉的距離代表發射力量,之後進一步在發射器上黏上雷射筆,以攝影機拍攝光點移動,進而推算牛奶糖發射時的速度。


投影片8  


最後換上真正的椰子殼驗證整理後的結果


發現牛奶糖角錐為:
1. 30度四角錐、速度大於5.4(m/sec)
2. 45度四角錐、速度大於6.6(m/sec)
就可以讓椰子殼有裂傷。


投影片9  


 以下是評審給的評語


投影片10    


 X博士評語】


大家要注意X博士摘要第1點,先用身邊容易取得的材料試試看,這點相當重要。很多同學都有很多實驗的想法,但想法未必可以順利實現。在大費周章準備正式實驗裝置與器材之前,最好能用身邊容易取得的材料,用較小的規模來先試試看,知道實驗有希望成功,再繼續深入研究下去。


這實驗在統計部分的結果,可能在實驗之初就可以預測的到。作者們充分考慮了可能影響實驗的每一個變因,逐一進行實驗後也得到了一個合理的結果。而實驗過程中針對較不易測量的一些物理量,利用鹽與牙醫塑模粉這些巧思,做出合理的測量,也是值得讚許的部分。


2014年10月28日 星期二

[科展解析]做一個能輕易測得地球半徑的人-利用太陽光求地球半徑

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這個作品非常有趣,作者在台灣兩個緯度不同的地方,觀測太陽的影子,利用影子長度的測量,再配合基本的三角幾何知識,就可以把地球半徑推估出來。作者為彰化縣立員林國民中學同學,在48屆科展的作品。


 


 


【X博士摘要說明】


 


1.立一根與地面垂直參考柱
2.找出台灣地區,同一經度上的兩個位置
3.在正中午的同一時間,分別在這兩個位置測量參考柱的影子長度
4.利用數學三角與幾何關係,得到地球半徑


 


 



第48屆科展地球科學科作品
題目:
做一個能輕易測得地球半徑的人-利用太陽光求地球半徑
作者:彰化縣立員林國民中學

 


【摘要(原文)】


在校園中,利用光的直進性、重力及連通管原理,設計出一套器材,利用兩支可伸縮活動的塑膠桿及一根中間穿了洞的木桿,使用尼龍繩垂吊一個500 公克的鉛垂來設計出絕對的垂直,在鉛垂底下擺一塊一公尺長、厚一公分的木板,並在木板四周裝上螺絲,方便調整水平,利用水平儀來維持絕對的水平,利用google earth 找出同經度不同緯度的兩個地點,並利用中央氣象局的日出日落表找出實驗當天太陽通過子午線的時間,然後藉由測量同時間、同經度不同地點,兩地尼龍繩上的標的物高及標的物影子的中心到鉛垂中心的距離,並利用三角函數算出太陽的仰角,藉由同時間、同經度不同地點兩地的仰角差及兩地的距離來算出地球的半徑。我們得出地球半徑平均為6367.9 公里。


 


【X博士步驟說明】


作者找了竹南與鵝鑾鼻,還有草屯雙冬與墾丁青年活動中心兩組測量地點


投影片5


投影片6         


在這四個地方,放上準備好的裝置


投影片8  


再用車用GPS,確認各地的經緯度


投影片9  


接下來是三角的部分,大家要花點腦筋,首先給大家看看研究中的原圖


投影片11  


我們把它重製如下,作者用南北兩地的參考柱高與影子長度,得到標示為星星的兩個角度後,推出黃色三角的角度


投影片15    


其中過程如下


投影片19  


有了角度,再配合用衛星定位資料所得到,南北兩地距離當做弧長,就可以得到地球半徑了


 投影片24  


以下是評審給的評語


投影片28  


 


【X博士評語】


題目很不錯,作者們抓到了幾個重點


1. 運用的數學原理很簡單,因此出錯或被質疑的機會不大
2. 實驗運用了車用衛星定位裝置,生活科技運用具巧思
3. 南北兩次測量,只需要兩個晴天的日子就可以完成,實驗過程不會占用作者們太多時間
4. 題目很清楚,吸引大家目光
5. 人人都可以看到完全都懂,有興趣的人都可以試試看


大家也可以動動腦,想量出地球半徑,還有其他方法嗎?


2014年10月22日 星期三

我的「小確幸」,造成你的「大麻煩」

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我的「小確幸」,造成你的「大麻煩」


行政院日前宣布,明年元旦遇週四,隔日將實施彈性放假,而大家在今年1227日星期六先行補班補課一日,元旦將從11日星期四,放到14日星期天,共4天連續假期。政府每做的一個決定,都可能會有正反兩面的聲音出現,受這個決定影響最直接的,就是在1227日補班日預定要舉行婚禮的新人們。一個休假日的產生,應該不止是從「符合大部分民眾需求」、「現在距離1227日還有兩個月,民眾還有調整機會」,或是「長遠的方向並無問題」,所以我們就必須要放假。我想從幾個方向來看看這個決定。


 


從補班日抵觸公告來看


首先,先不管這個臨時的公告,在背後有沒有其他的用意在裡面,如果我們只從表面上來看,假設一定要讓104年元旦假期,從111星期四一直放到14日星期天變成四連休,讓民眾在天天充滿不安的環境中,用一點點「小確辛」來對政府產生感謝的話,或許我才疏學淺,考慮不周,我不了解為什麼補班日非得要訂在1227日,這個已經抵觸「中華民國103年政府行政機關辦公日曆表」已經公告為休假日期的特定日子。把補班日期安排在尚未公告的104年行事曆中的任何一個週六,傷害應該都會比抵觸已經訂定的行事曆都要來得小吧?除了對大家原本的休假安排造成影響外,更對政府公告的信用造成傷害。


 


從決策重要性來看


如果真的是覺得「符合大部分民眾需求」這件事這麼重要,重要到足以推翻原本的公告,那為什麼到現在才提起?平民百姓的婚禮都可以在一年前決定日子,逛旅展時也都能規劃到半年後的出國行程;而一件政府覺得大部分民眾都有需求的事,卻只能在兩、三個月內才發現。在這種迫切的時間點做出這樣的決定,難免讓人感覺輕率。更何況元旦沒有4連休並不是什麼罪大惡極的事,有了4連休也不是多麼了不起的大幸福。


 


從受影響人數來看


再從「受影響人數不多」這點來講。大家會注意到的,就是有幾組準備在1227日結婚的新人會受影響。除了這幾場婚禮之外,原本為了參加比賽,固定在週六學游泳的同學,平白少掉一次練習的機會,而這少掉的練習機會並不會在12日星期五被補回來。每個固定週六進行治療的患者,也可能會因此補班的關係,從1220日開始,連續跳過兩個週六,相隔20天之後一直到110日才可以回到醫療單位接受治療。如果是因為覺得受影響人不多,所以受影響的人應該犠牲小我完成大我的話,那是不是應該直接「宣佈4連休、1227日也不用補班」。這樣受影響的人只有人數更少的大老闆們,還有被大老闆們罵的官員而已嗎?


 


從民眾自身休假權益來看


如果更進一步來講,元旦4連假並不是「多送一天假期」,而是主觀的「覺得大家都喜歡4連休,所以規定你1227日一定要來上班」、「覺得大家都喜歡一口氣累個夠、再一口氣休個夠」。注意一點,大家的總休假天數並沒有增加,元旦如果真的想要4休連的話,大家也可以用104年可以自己安排的特休假期天數來排休,應該不需要有人幫替我們決定非得要哪一個日子少休一天。


 


我自己在1227日沒有任何的計劃,元旦也沒有非要4連休,4連休也沒有帶給我多大的幸福感。比起這種額外多出來的「小確幸」,我更希望政府嚴守103年辦公日曆表這種「小承諾」,不要讓民眾對行事曆這種政府小公告都失去信心。我更不希望我的「小確幸」,是用準新郎、準新娘們的「大麻煩」換來的。