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科學開門 雲霄飛球

科學開門-雲霄飛球
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A君:雲霄飛球是在科學開門展示廳入口的透明櫥窗中,主要是告訴我們重力位能轉變成動能的概念,裡面以花園意象為起點,壓克力球在黃、橙、藍、綠四種不同顏色的軌道中滾動,有的球會穿越太陽的光芒,圍繞著花朵作垂直的720度大迴旋;有的會在變色龍的助力下,快速的彈射出,擊中青蛙的大肚皮。

B君:有的還會從天而降自由落體,彈跳到瓢蟲的棲息處;更有的會在類似行星軌道的圓盤上排排站,等待著其他壓克力球的加入,好累積足夠的能量,集體往前來個旋轉、律動,往下延伸!另外,有從高處掉落的壓克力球,撞擊到牛角上方的鐵盤,居然分毫不差地彈跳入洞。雖然只是不斷地重複雲霄飛球的滾動路線,還真會讓人看的目瞪口呆!

A君:其實在花園的另一邊,壓克力球滑過幾隻啄著木鼓的小鳥,順著階梯往下來到牛頓擺的專區,這時,壓克力球撞擊軌道上原有的球後停住,但最左邊的球會被彈出來。而壓克力球有時也會脫軌演出掉落到地面,這時最角落的阿基米德螺旋就會定時的把脫軌的壓克力球往上送回正常的軌道中。

B君:這一切都是遵守著「能量守恆定律」,利用不同的能量轉換,讓壓克力球能夠持續在軌道上運動。首先利用「電能」使送球機構運轉,將壓克力球送到最高點後產生「重力位能」,再將重力位能轉成「動能」,使壓克力球急速俯衝,再運用「慣性」衝上大迴旋,藉著傾斜的軌道增加向心力,使壓克力球在軌道上轉彎而不至於脫離而掉了出來。

A君:壓克力球的行進是依設計好的路線,或高、或低、或盤旋、或彈跳,這都是適當能量轉換所表現出來的。利用機構設計與結合,以壓克力球的傳導方式利用電能轉動鍊條,將壓克力球由低處載到高處滑下,這是用來說明位能與動能的轉換關係。壓克力球從地面延著垂直方向往上拋出,依照能量守恆定律,所儲存的能量與彼此的距離或相對位置有關,而且重力位能與動能所合成的總能量是不會改變的。

B君:這個展示單元熱鬧繽紛,乍看之下眼花撩亂,你一定要選定一種軌道顏色來仔細觀察壓克力球的行經路線,相信每一條路徑都有不同的驚喜與發現喲!

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科學開門 彈射軌道

科學開門-彈射軌道
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A君:這個展品是「彈射軌道」。一般我們投籃用手丟就可以,這次可要算好發球的角度,讓球直接射進籃框中,才能得分喲!

B君:哇塞!這個如果用不同角度,投出來的距離也會不一樣耶!快一點選好哪個籃框?在限時之內看你投進幾球,最多能得幾分呀?

A君:沒錯!一定要前後左右,調整一下發球角度,對準要投的籃框後,按下發射鈕,將球射出!就看能不能將球投入籃框內?這個單元除了讓你玩球之外,最重要的是要知道發球角度該如何調整,它會怎樣影響投球的遠近距離,要試試看,到底哪個角度才能投進籃框得分呢!

B君:這一切都是因為物體在空中,都有它的拋物線運動,這是靠球射出時的速度,再加上發射角度,球就會按照自己的拋物線往下掉落,算準了發射角度,你就可以投進籃框囉!

A君:其實要進籃框還是有點難度的,因為球發射時,一般仰角45度可以達到的水平距離最遠,但是除了本身有垂直方向的重力加速度外,還有空氣阻力產生,不過,只要喬對角度,能讓它順利到達籃框,球就可以射進得分了!

B君:所以,這個球的發射速度是固定的,那就看你選的籃框位置在哪裡?如果近一點,投進籃框的角度就要大一點;如果遠一點,角度就要小一點,多練習一下,一定可以在限時之內得到高分的!

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科學開門 飛球競速

科學開門-飛球競速
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A君:這是「飛球競速」的展品,主要是利用三種不同軌道,觀察球在每個軌道走的路線,看軌道斜面所產生的向心力夠不夠,轉彎的地方會不會衝出去!

B君:當你看著球陸續被送球機構往上放置在頂端後,按開始按鈕,讓三個軌道上的球同時順應軌道下滑。觀察在不同軌道的滑行結果並找出原因,看哪種軌道是最快速又安全!

A君:其實,球走在外側加高的轉彎處軌道時,除原本的重力位能轉換成動能的力量外,球體一部分的重力會提供為向心力,會減緩轉彎時所需的速度,因此就不用減速了。

B君:但是轉彎處外側如果沒有加高軌道,球就要依賴地面有限的摩擦力來轉彎,一般摩擦力都不夠,通常都會需要減速,不然就會沿切線方向飛出,一般狀況,只有中間軌道才可以順利抵達終點。

A君:沒錯!軌道面的傾斜角度會影響提供向心力的大小,越傾斜的軌道所提供的向心力就越大,會減少球往前滾的加速度,所以軌道半徑相同的圓周運動,傾斜角較大的軌道,會需要較大速度才能順利通過;如果球進入軌道速度不足,將會提早向內側傾倒,進入軌道的速度太快反而會脫離軌道,跑到軌道面外側去。

B君:所以一般物體由上到下運動時,會有加速度產生,但在轉彎的地方就要考慮會有往前衝的牛頓第一運動定律的慣性,如果不想減速,就要將軌道外側加高提供物體的向心力,減少原有的加速度,達到自動減速順利往前的效果。

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科學開門 空氣火箭

科學開門-空氣火箭
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A君:這是「空氣火箭」展品,以傾斜式的展示軌道做基座,用寶特瓶灌入空氣產生壓力做為動力,來模擬火箭的動力形式,了解火箭是如何發射的呀!

B君:現場利用空壓機把空氣直接灌入瓶中,當空氣加壓被灌進瓶子,瓶身壓力慢慢增加達到一定程度時,必須努力將入氣瓶口與氣閥互相密合,才不會漏氣而灌不滿,而且因為是傾斜式展示座,所以要使空氣火箭的動力上升的壓力需要夠大,才能讓它順利往上飛喲!

A君:所以當空氣火箭內空氣被擠壓後,空氣體積會縮小,而灌進的空氣也會受到原有在瓶內的空氣擠壓,在這固定體積的瓶子內,產生的這些壓力都會發展成為巨大的力量。

B君:這個原理跟放沖天炮、把太空人送上月球及太空梭飛到外太空環繞地球軌道是一樣的。就是先對內部加壓使燃料燃燒,接著瞬間釋放內部的壓力,內部的氣體會噴射出來的衝力就反過來成為它的推進力呀!

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科學開門 手電池

科學開門-手電池
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A君:你的手能產生電流嗎?在桌上,分別有鋁盤及銅盤在左右兩邊各擺著一套,請試著將左右手分別放在不同邊的不同金屬盤上,看看上面電錶的指針有沒有擺動,就能知道你來不來電囉!

B君:這是因為手上的汗水就像是電池裡面的電解酸液,當手與鋁盤及銅盤兩種不同活性的金屬盤接觸時,會產生高低電位差,電流會經過你的手上傳導,由電位高的鋁盤子,再流向電位低的銅盤,此時安培計的指針就會擺動。

A君:沒錯!不同人會有不同的導電體質,藉由銅盤或鋁盤做導電介面,經由人的手接觸面積大小或是產生手汗多寡程度,會產生不同大小的電流,指針擺幅越高就表示你的電流越強喲!

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科學開門 電流急急棒

科學開門-電流急急棒
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A君:看過「電流急急棒」的挑戰節目嗎?這一關不只測試你的反應力,還考驗你手的平衡感,看看妳的手是不是很會ㄘㄨㄚˋ,如果不小心碰到金屬彎道或機關,你就會聽到警報聲響起喔!

B君:這個單元的原理很簡單,就是電的通路與斷路。電源的兩極分別是金屬彎道或機關以及手握的探針,所以當探針碰觸到金屬彎道或機關時,線路就形成了通路狀態,線路中的警報器也會因為電流流通而響起聲音。

A君:沒錯!就是利用遊戲的過關機構來設計,訓練你的平衡力與協調感,並測驗你的反應力快慢,必須要在限時時間內完成,不能碰觸金屬彎道或機關,才能順利過關。當你手拿探針一端連接到電池一極,另一極連到金屬彎道與機關上,當你碰到彎道或機關時,整個線路構成通路,警報的蜂鳴器也就會響起。

B君:記得!手握好金屬探針,在彎彎曲曲的路徑中移動,不要觸碰機關及彎道哦,否則驚人的警報聲響起,就表示你被淘汰出局了!趕快現場挑戰一下吧!

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科學開門 一雙眼睛

科學開門-一雙眼睛
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A君:這是「一雙眼睛」的展品,你知道眼睛內的水晶體能為我們做了那些事呢?

B君:其實,水晶體能調整光線的焦點,讓光線傳到眼睛後方的視網膜細胞,而對光產生反應,並傳送訊息給腦部做進一步解讀。

A君:而且,眼睛無法同時對遠與近的物體做正確對焦,兩眼會各自捕捉影像,傳至大腦做比較分析距離及大小,再組合成3D空間立體影像。

B君:也就是說,看周遭的景物,兩眼間有一定的寬度作為觀察的基線,觀察近的物體,它與兩個眼睛的夾角比較大,所以覺得比較近;相反的,觀察距離比較遠的,它與兩個眼睛夾角小的, 就會覺得比較遠。

A君:這樣就可以區別兩個物體的距離,但是如果都很遠,像天上的星星一樣遠,那就不知道誰比較近或是比較遠囉!

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科學開門 地震體驗屋

科學開門-地震體驗屋
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A君:為了讓民眾親身體驗當時921地震的震撼,在這「地震體驗屋」單元,可以體驗到一級、三級、五級、七級,以及921的地震震度,並透過「阿震弟弟」的解說,介紹居家安全與防災逃生的知識。

B君:這是由中央氣象局所提供1999年9月21日凌晨1:47,在南投集集附近的震波,透過全台唯一擁有可以上下左右震動的六軸地震機器,模擬真實呈現921當天在震央附近的地震實況!現場體驗者必須團隊合作確實地演練,地震發生時應快速進行的幾個安全動作,包括:開門及開窗、關閉電源、關瓦斯爐與瓦斯桶,以及盡快躲到柱子旁或堅固的桌子下面。

A君:大自然在反撲,天然災害愈來愈多,對於人類的生存影響也愈來愈嚴重,藉由周圍幾個單元要了解地球的構造及台灣島的形成、認識地震與斷層的種類、以及建物減震的技術,平時要備妥「緊急避難救生包」,教導觀眾應有的防震常識,所以我們除了要瞭解天然災害的形成原因之外,也要學習如何的避災,把傷害降到最低。

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科學開門 我會隱身術

科學開門-我會隱身術
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A君:哇塞!這真是一個神奇的「隱身桌」呀!當你繞道牆後面,來到桌子前面時,別人看到你的腳竟然不見了,下半身也全都看不到了,怎麼會這樣呢?
B君:哎喲!請你要仔細看,桌下有兩塊鏡面玻璃,將兩片玻璃鏡的背面合拼成為直角,就像張開的書本那樣直立在桌下,而且把兩片鏡子的夾角調整為270度,再靠著玻璃鏡面的光學反射與折射的效果,把背景牆面連續重複的圖案,構成兩邊對稱的方式疊在一起,讓你眼睛有視覺差異,產生錯覺罷了。
A君:蛤!就這麼簡單,我們乍看之下,就像下半身不見了,原來身體只是被玻璃鏡面擋住而已!別人都說眼見為憑,說穿了這都只是一種光學障眼法的魔術罷了!