在自然中看見科學:這些實驗結果,怎麼都跟想像不一樣?
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標籤: 物理, 科學實驗, 生活科學, 孫維新, 國立自然科學博物館. ... 也說,這樣的小實驗所觀察到的現象,被應用在許多科技中,最簡單的例子就是在人造 ...
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2017/08/14,生活PhotoCredit:Caféwallillusion,Fibonacci,WikimediaCommons,CCBY-SA3.0物理雙月刊PSROC《物理雙月刊》為中華民國物理學會旗下之免費物理科普電子雜誌。
透過國內物理各領域專家、學者的筆,為我們的讀者帶來許多有趣、重要以及貼近生活的物理知識,並帶領讀者一探這些物理知識的來龍去脈。
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《物理雙月刊》努力的首要目標為吸引台灣群眾的閱讀興趣,進而邁向國際化,成為華人世界中重要的物理科普雜誌。
看更多此作者文章...訂閱作者收藏本文講者:孫維新(台灣台灣國立自然科學博物館館長)文字記錄:林佳芳(台灣台灣國立中興大學物理系學生)編修:趙軒翎(泛科學)學科學不一定是宅宅,學物理足以撼動世界,小至生活瑣事,大至宇宙定理,都是物理人關注的範疇。
「物理人的挑戰」,是找出如何透過教育與職涯發展讓物理重回最性感的學科,讓「物理人」重回最令人驕傲的身份!本文為2016年11月12日「物理人挑戰—BeyondPhysicsIdentities」文字紀錄。
「在自然中看見科學,用科學來理解自然。
」台灣國立自然科學博物館館長孫維新用這一句話作為演講開頭,他還開玩笑說,除了是因為這句話包含了「自然科學博物館」的「自然科學」四個字之外,更是因為人們對物理的認識都是從自然而來。
然而在理解自然現象背後的道理時,人們卻常常出錯。
孫維新認為這原因有兩種,其一為物理知識不正確,第二就是大腦認知有問題;而更多時候是以上兩者的結合。
圖片來源:物理雙月刊提供台灣國立自然科學博物館孫維新館長關於大腦認知有問題,可以從許多知名的錯視圖中發現,例如科夫卡環(KoffkaRing)、色彩明度錯覺(ColorValueIllusion)、咖啡廳錯覺(CaféWallIllusion)、小精靈錯覺(Pac-manIllusion)等,我們在面對這些錯視圖時,大腦對於顏色、線條等圖形的解讀發生了錯誤,讓我們被騙。
圖片來源:物理雙月刊提供左邊為「科夫卡環」,環的左右側顏色看似相同,其實是不同的。
右邊是「咖啡廳錯覺」,圖中的橫線看似歪七扭八,其實是直的。
(圖片來源:TheKoffkaRing、CafeWallIllusion)而除了圖案之外,研究也發現漢字的順序並不一定影響閱讀,即使打亂了文字,我們依舊可以知道句子的意義。
也就是說,大腦會做一些奇怪的事情,讓我們的認知出現問題。
但這些錯覺並不是毫無用處,像VR虛擬實境的科技,就是基於人腦的這種錯誤認知發展出來的。
在物理知識不正確中,孫維新則示範了許多顛覆想像的物理實驗,藉此解釋有時我們認為是對的物理知識,可能其實並不正確。
首先是燃燒薯片的實驗,一片洋芋片裡究竟有多少油脂呢?現場觀眾看著洋芋片燒起來,才驚覺自己無意間吃下這麼多油,更有人開玩笑地說,在野外需要生火的話靠洋芋片就夠了。
圖片來源:物理雙月刊提供接著是兩顆氣球的小實驗,兩顆氣球的其中一顆是灌較多氣的大汽球,另一顆則是僅稍微充了一點點氣的小氣球,孫維新要觀眾試著猜猜看,當他將兩顆氣球相連後會發生什麼事? 兩顆氣球會變得一樣大 大的變大、小的變小 大的變小、小的變大 兩顆氣球不會有任何反應多數人認為兩顆氣球會變得一樣大,但實際上做實驗卻發現,其實是大氣球變大,小氣球變小,空氣反而由小氣球進入了大氣球。
孫維新解釋,這是因為小氣球內的氣體單位面積受到的壓力比大氣球大。
換句話說,如果大氣球跟小氣球內的氣體分子都是一樣的數量,氣體分子會在球內自由的運動彼此碰撞,當然也會碰撞氣球的內表面囉!這時候小氣球的內表面積比較小,所以在同一時間內,小氣球的內表面會受到更多的氣體分子的撞擊。
同時,又必須要與氣球外的氣壓相互抗衡以維持氣球的大小與形狀,因此,小氣球內的壓力就會比大氣球大囉!於是兩顆氣球相連之後,空氣通通往大氣球跑去了。
圖片來源:物理雙月刊提供接下來的實驗孫維新形容,是個「有些暴力」的標槍實驗,他還擔心地說,不知道現場觀眾會不會帶著「孫館長很暴力」的印象回家。
這個特製的標槍教具本身有兩種發射模式:直線發射及旋轉發射。
每次都能發射一個小圓環,但兩種發射模式會影響到圓環的飛行速度和距離。
哪種發射模式會讓圓環速度較快?哪種又會讓距離較遠呢?實驗結果發現直線發射的速度較快,但圓環飛行時很不穩定,所以飛不遠;旋轉發射因為部分能量分給力矩,所以圓環飛行速度較慢,但穩定得多,因此飛得很遠。
孫維新也說,這樣的小實驗所觀察到的現象,被應用在許多科技中,最簡單的例子就是在人造衛星的發射過程,也需要轉動的角速度,來幫助它順利飛行到目標軌道。
最後孫維新所示範的是雷射光的實驗。
他在桌上準備了五顏六色的氣球,另外準備了雷射筆,他問觀眾如果他用綠色雷射光照氣球,哪些氣球會破、哪些不會破呢?答案是除了綠色和白色的氣球之外,其他全都破了。
因為人眼所看到的顏色其實是物體反射的光,對綠色氣球而言,他反射綠光,吸收其他顏色的光;對白色氣球而言,他反射所有顏色的光。
因此這兩種顏色的氣球不會吸收到綠光的能量,因此不會破。
但對其他顏色的氣球來說,他們都會吸收綠光,因此會吸收綠色雷射光所攜帶的所有能量,就承受不住爆炸了。
圖片來源:物理雙月刊提供最後,孫維新也提醒在場的觀眾,每個人對物理的了解都是有限的,因此記得觀察大自然的現象,才能全面了解物理。
而觀察大自然現象的方式,第一是多多走入大自然,第二就是走進自然科學博物館囉!本文經物理雙月刊授權刊登,原文刊載於此責任編輯:朱家儀核稿編輯:翁世航
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