2014 五月號
標頭

第103期電子報  出刊日期:1030515

科學新文摘

 

我的 honey 會跳舞!

它會盤繞、扭擺、折轉,並且搖曳生姿。一縷蜂蜜、油脂或其他黏滯流體所能展現的舞技,任物理學家搔破頭皮都還無法完全參透。
撰文/萊伯( Neil M. Ribe )、哈比比( Mehdi Habibi )、波昂( Daniel Bonn
翻譯/陳義裕
重點提要  
■ 像蜂蜜這類黏滯流體在滴到物體表面時,會以螺旋方式盤繞成一個小管子。直到最近,物理學家才有系統地去研究了這個過程,以及它令人意想不到的複雜性。  
■ 落下的液柱可以有四種不同的盤繞方式,而這取決於流體所受的重力、摩擦力以及慣性之間如何平衡。對於較不黏的液體,也會發生其他現象(例如折轉)。  
■ 至於空氣泡泡形成的螺旋波以及當液柱與物體表面有相對運動時所形成的「車縫線」(這和帕洛克的滴彩畫有異曲同工之妙)等奇怪現象,目前仍然沒有完整的解釋。  

pic如果你吃早餐時喜歡在吐司上淋蜂蜜的話,那你就可以即興做個既簡單又漂亮的流體物理實驗。拿一根湯匙到蜂蜜罐裡蘸些蜂蜜再取出來,接著讓它在吐司上方數公分處豎直,結果垂落下來的那縷蜂蜜不會筆直撞上吐司,而是轉啊轉地以螺旋狀盤繞其上。在 1950 年代末期,兩位研究這種現象的先驅巴恩斯( George Barnes )和伍德考克( Richard Woodcock ),把它稱為液體的繩捲效應( liquid rope-coil effect ),因為這看起來很像繩子盤捲在一起。  

很早以前,我們三人就對這種現象著迷,但一向苦無機會研究,直到 10 年前,萊伯和波昂無意中在法國巴黎的一場科學研討會上發現彼此興趣相投。當時波昂與位於伊朗贊江的基礎科學高等研究院有合作關係,因此我們邀請了哈比比組成一個團隊,並陸續與高斯坦尼安( Ramin Golestanian )、梅爾基( Maniya Maleki )、拉曼尼( Yasser Rahmani )、侯塞尼( Seyed Hossein Hosseini )幾位學者合作過。  

因為不同種類的矽油黏滯性( viscosity )差異極大,我們遂以矽油取代蜂蜜,從而合力把餐桌上的小雜耍發展成可控制變因的實驗。黏滯性是流體究竟有多黏稠的指標,它指出了流體內部的摩擦力可阻礙流體運動的程度。我們可以利用我們的裝置改變流動的條件(例如,流體往下滴落時的流量以及從什麼高度滴落),然後觀察流動條件如何影響盤捲的頻率(即落下的液柱盤繞一圈的快慢)。  

在實驗初期,我們預期這是一個「全有或全無」的現象,亦即隨著實驗條件不同,要嘛矽油就盤捲起來,要嘛就什麼事都不發生。因此對照後來發現的種種意外表現,我們心中真是沒個譜。舉例來說,當矽油流量很小時,我們發現從越高處滴落,它捲得越慢。但當流量較大時,我們卻發現整個狀態會反過來:一旦提升滴落的高度,它盤捲的頻率會急遽增大。更進一步,當滴落的高度固定在某特定數值時,液柱盤捲時會在兩種不同頻率狀態之間混亂地互換。  

在進行實驗的過程中,我們同時也發展了一套數學模型來說明實驗現象的基本原理。一開始是把牛頓運動定律寫成適當的形式,使它可套用到一縷纖細的液柱上(這縷液柱的長度遠大於這縷液柱的直徑)。作用在這縷液柱上的兩個主要作用力是往下拉的重力以及液體內部的黏滯力(摩擦力),液柱會以伸長、彎曲以及扭轉的三種方式變形,而這三種方式則各自有對應的黏滯力來抗拒變形。液柱的形狀取決於這些作用力的相對大小,同時也和流體的慣性有關(此處慣性指的是其質量乘上加速度)。至於表面張力,雖然它在許多流體現象中很重要,但是在此處所造成的效應看來並不大。  

到頭來,解這些方程式才真是大不易啊!在多數物理教科書的問題中,系統的邊界形狀都是給定的,學生所需做的只是找出系統內部發生了些什麼事。相對地,液柱的繩捲現象則是物理學家所謂的「自由邊界」( free boundary )問題,意思是連邊界的形狀也都是待解問題的一部份!好好地解出這些問題,我們便可以證明,對於很黏的流體來說,繩捲現象可以由四種不同的模式產生,而各種模式則對應到不同型式的力平衡。  

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人 2014 年第 146 期 】


活動訊息_圖示

 

不熟 12 年國教免驚 教育部用 APP 來幫你

記者葉立斌/台北報導

教育部為方便家長與國三畢業生能快速便利取得高級中等學校入學相關資訊,提供各種「適性入學」資訊,學生及家長除可持續使用撥打諮詢專線,現建置〈 12 年國教 580 〉 APP 及「高中職及五專定位資訊查詢系統」供民眾下載使用。

使用 12 年國教 580 時,可點擊「公告訊息」,因其內容與「適性入學宣導網站」同步更新,可開啟通知功能,重要升學消息不會遺漏。再點擊「宣導網站」後,會出現「適性入學」管道及「學制」的選擇介紹,可詳閱各管道及學制,審慎評估;接著點擊「入學簡章」後,讓學生及家長可以一手掌握各類入學管道的招生簡章。

教育部統整了各高級中等學校的學制及學校現狀,當點擊「學校資訊」後,全國就學區、高中職、進修學校、五專、七年一貫、學校資訊、 google 地圖、連絡電話、招生班別及科別等升學資訊即可帶著走,再點擊「電話」,即可撥打欲查詢學校的聯絡電話。

重要日程則以「 google 行事曆」方式呈現,當點選日期後,將會出現當日的活動行程,此外,亦可鍵入使用者個人的行事曆。為了進一步提供諮詢管道,教育部規劃了「諮詢專線」,點擊後將出現各「就學區」的入學管道及「全國」各入學管道的諮詢電話,提供查詢,並可進行直接通話。對於首次上路的「國中教育會考」,在此 APP 模組中,規劃以「電子書」的形式呈現,提供使用者查閱「國中教育會考」之相關訊息。在此要特別針對即將來臨的國中教育會考,提醒其會考之結果對於認知考生自己在國中階段的學習品質具有重要意義,且可提供考生後續參加免試入學、超額比序增加計分及學習輔導的參據。

新聞來源網址:http://www.nownews.com/n/2014/05/09/1226384


德國加持 超重元素117可望加入周期表

2014年05月06日 旺報即時 潘勛

newspic

發現於2010年的超重元素117,目前在德國達姆施塔特「亥姆霍茲重離子研究中心」(the GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research)的認證下,可望獲得學界承認存在,發現該超重元素的科學家等於尋獲現代原子物理學的「聖杯」。

喜愛美劇《生活大爆炸》(The Big Bang Theory)的觀眾一定不會忘記,劇中主角謝爾頓博士差一點因發現超重元素,而成為「第一位獲得諾貝爾化學獎的物理學家」。現在,此一搞笑劇情可望變成現實。

《每日郵報》5日報導,美、俄科學家2010年證實第117號元素存在,但此一重大發現,必須經未涉及的第三方權威機構檢驗、證實。目前,德方已完成這項工作。

下一步則由「國際純粹與應用化學聯合會」(IUPAC)接受此一認證,如此會選出新元素名稱,並加入元素周期表。

原子序係由原子核裡質子的數量來決定;輕原子質子數少,重原子則多。

按理論,較重元素在周期表是存在,但要證實誠為一大挑戰。為了找到重元素,科學家經常使用兩個已知的元素互砸,盼望附帶造出新元素。例如超重元素117,便是原子序97的鉳,用原子序20的鈣離子撞擊而產生。

然而,這麼「重」的元素極不穩定,幾乎是瞬間衰變,因此才非常難尋。

新聞來源網址:http://www.chinatimes.com/realtimenews/20140506002190-260408


活動訊息_圖示

103年度有效教學、多元評量及差異化教學優良教案競賽,歡迎老師踴躍參加

參賽對象
全國高級中等學校教師(含代理教師及實習教師)。

報名方式
一、網路報名
請於103年7月4日(五)前於職業學校群科課程推動工作圈(http://vtedu.mt.ntnu.edu.tw/vtedu/)-五堂課教案競賽專區報名,一件參賽作品登錄1次。

二、紙本報名
(一)一般科目
符合報名資格之教師,將報名表(附件1)、完整教案紙本、電子檔(Word檔及PDF檔)及光碟一式6份,於103年7月4日(五)前郵寄至普通高級中學課程課務發展工作圈(26051宜蘭市復興路三段8號 國立宜蘭高級中學 課務發展工作圈)。

(二)職業群科
符合報名資格之教師,將報名表(附件1)、完整教案紙本及電子檔及光碟各一式6份,於103年7月4日(五)前郵寄至職業學校群科課程推動工作圈(106臺北市大安區和平東路一段129號 國立臺灣師範大學機電科技學系 職業學校群科課程推動工作圈收)

教案主題
一、 以現有課程之內容,須以達成「有效教學」、「多元評量」或「差異化教學」為目標,發揮創意設計教案。
二、 各教案設計之教學時間以1-4節為限。

詳情請參見學科中心網站:http://physical.tcfsh.tc.edu.tw/article_detail.asp?caid=1&pcid=3&id=93

或直接下載參賽辦法 docdowload


活動訊息_圖示

主  題: 北區教師增能研習:藝術科學連線_從艾雪的畫作學科學
日  期: 103年5月20日13:00~17:10
地  點: 台北市立松山高中
主  講: 朱慶琪/中央大學物理系教授
參加對象: 高中/高職 /國中相關物理科教師

主  題: 南區教師增能研習:翻轉教室教學工作坊
日  期: 103年6月13日08:30~12:20
地  點: 國立臺南二中科學館2樓視聽教室
主  講: 張敏娟 /輔仁大學物理學系教授
參加對象: 高中/高職 /國中相關物理科教師

 

 

2014 台積電盃-青年尬科學科普競賽 5/12 日開始報名 !

•  競賽理念:提升 15-18 歲青年的科普表達力,並於過程中學習團隊合作與溝通能力。

「表達」絕對是我們從小到大都必須學習的重要能力 !

為了提升 15-18 歲青年聽、說、讀、寫能力,【台積電盃 - 青年尬科學】以創新的競賽設計,將科學與語文作最完美的結合 — 藉由科普閱讀,學習科學中的邏輯、組織;透過寫作及口語傳達,呈現內容之精彩、確實。

在參賽過程中,科學不再深奧難懂,而作一位迷人的講者,似乎也不再遙不可及,這,不只是一場競賽,也是師生從作中學的美好體驗 !

qrcode競賽辦法、說明會資訊請詳官網: http://case.ntu.edu.tw/scinarrator

2014 台積電盃 - 青年尬科學 FB 粉絲頁: https://www.facebook.com/scinarrator


主  題: 2014中原大學2014光電週工作坊
日  期: 2014年5月15日10:30~12:00
地  點: 電磁學實驗室
講  師: 楊仲準老師
活動網址: http://www.phys.cycu.edu.tw/wSite/ct?xItem=59628&ctNode=20274&mp=36

主  題: 天文望眼鏡DIY 華山1914觀星去
日  期: 2014.5.17(六)、5.18(日)
地  點: 華山1914文創園區 東3烏梅酒廠
講  師: 吳俊輝教授
參加對象: 國中以上對天文觀測有興趣者
活動網址: http://www.ylib.com/scientific/activity/201405Telescopediy/course.htm

主  題: 探索行星-從克卜勒到克卜勒任務
日  期: 2014年5月24日13:00~14:00
地  點: 國立自然科學博物館科學中心地下樓演講廳
講  師: 施逸昕先生
參加對象: 學校師生及一般觀眾
活動網址: http://www.nmns.edu.tw/ch/education/about/speech/

主  題: 2014春季展望【宇宙大探索─從光明到黑暗!】系列演講
日  期: 2014/04/11 ~ 06/13每週五晚間7:00 ~ 9:00(6:30 開放依序入場)
地  點: 臺灣大學應用力學研究所一樓國際會議廳)
活動網址: http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=52710



物理學科中心承辦學校為臺中第一高級中學
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一、 學科中心提供的服務
  • 教師專業成長相關進修研習
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  • 課程宣導與推廣
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  • 發行學科電子報
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