媒體中的科學

在現今行車紀錄器發達的年代，幾乎每天都會出現因為行車紀錄器拍下車禍畫面所出現的新聞，這些行車紀錄器往往也成為警方破案的關鍵證據，但在警方利用這些行車紀錄器進行科學分析之前，各家媒體往往在第一時間就開始進行獨家分析報導。日前(2015/5/4)在台中沙鹿就發生了一起可怕的聯結車車禍，隔天各大媒體幾乎都以頭條大肆報導，其中東森新聞更請了兩位物理老師進行科學分析，節錄如下：

…以這35噸肇事的聯結車來算，產生力量換算下來有400個重力加速度，以3秒鐘內撞擊停止，平均20人或車分散力量，一輛車等於承受20個重力加速度。若用個淺顯易懂的雲霄飛車來解釋，從乘客表情就知道，驚嚇指數破表遊樂園中，垂直下衝的5G大約20層樓高，被這輛聯結車撞到，等同於從80層樓高的5G，下衝轉彎處人體所承受的20個重力加速度。以正常人可承受的重力加速度極限是11G來看，20G幾乎是2倍。

李鋒表示，「物體的運動慣性越大，你要使它停止下來，難度會越高，那大卡車第一個，它的質量本來就很大，第二個它的時速又有70公里。」繁忙的交通路段，聯結車來不及煞車衝撞，難以想像的重力加速度終究造成死傷悲劇。…

(原文網址: http://www.ettoday.net/news/20150505/502202.htm#ixzz3ZVJmHOjy)

翻攝東森新聞畫面

同學們，你們看得懂上面在寫什麼嗎？

1.      以下何者不是我們在物理上常用的力量單位？(A)牛頓(B)公尺/秒²(C)公斤重(D)公克重

2.      加速度的單位為何？(A)牛頓(B)公尺/秒²(C)公斤重(D)公克重

3.      聯結車時速70公里(70公里/小時)，相當於秒速多少公尺(公尺/秒)？(A)19.4(B)1.94(C)252(D)25.2

4.      承第3題，若時速70公里在3秒內停止，聯結車的平均加速度為多少公尺/秒²？(A)23.3(B)6.5(C)0.65(D)84

5.      承第4題，聯結車約35公噸，此時聯結車受力約為多少牛頓？(A)816(B)228000(C)228(D)2940

6.      承第5題，聯結車此時的受力主要由何者提供？甲.煞車所產生的摩擦力，乙.前方被撞的汽車。(A)甲(B)乙(C)以上皆是(D)以上皆不是

7.      李鋒表示，「物體的運動慣性越大，你要使它停止下來，難度會越高，那大卡車第一個，它的質量本來就很大，第二個它的時速又有70公里。」

李鋒老師的這段話，您認為是否正確？為什麼？(A)不對，慣性和物體的質量、速度無關(B)對，物體的質量越大，慣性越大，產生的速度也越快(C)對，慣性和物體的質量、速度有關(D)不對，慣性只和物體的質量有關

    從以上問題的引導，同學們可以看出一些端倪了嗎？

1.      首先聯結車撞擊前方車輛所產生的「力道」，也就是前方車輛的受力，應該用牛頓或公斤重等單位較為合理。

2.      若要用當時物體因煞車所受到的加速度(不是重力加速度喔)來判斷人車的受損情形，也是另一種合理的物理量，但依上述提供的資料與計算，只能得知卡車與所受的的加速度約為6.5公尺/秒²，前方車輛所受的的加速度則還要考慮撞擊的接觸時間與初、末速才能得知。

3.      聯結車在3秒內要停下來，所需的力量約22.8萬牛頓(報導寫23萬牛頓也算合理)，但並非完全由前方被撞擊的車輛承受。

4.      慣性是指物體維持現有運動狀態不變的性質，只和質量有關，不應該將速度考量進去。速度越快，越不容易停下來，是因為所需的受力越大(摩擦力，主要由煞車力道提供)，應該以牛頓第二運動定律來說明更為合適。

在現今媒體發達的年代，存在著許多似是而非的報導，科學正是一個讓我們可以明辨是非最厲害的武器！

省電燈泡省電?!

    一般所謂的省電燈泡，通常指的是燈泡型的螢光燈，也有些沒有燈罩，直接作成螺旋狀，或3U型。一般燈泡就是所謂的鎢絲燈泡，燈泡表面溫度較高，也較刺眼。T5燈管和一般常用的日光燈管(T8燈管)很像，只是口徑較小。其中省電燈泡和日光燈管的原理很類似，都是利用高能量電子使汞蒸氣激發出紫外線，再利用內部螢光物質吸收紫外線後產生可見光，因此燈管的溫度較一般燈泡低(但在燈管兩端還是會發熱)，但多少還是會釋放出微量的紫外線，而一般燈泡就是單純利用電流通過金屬燈絲產生熱效應，當物體溫度達攝氏600~800度左右就會發光，而一般燈泡的燈絲溫度通常都有攝氏2000度左右，玻璃的表面溫度也至少都有攝氏百度以上的高溫。

    所以單純以照明的角度來說，若要達到相同的照度，以T5燈管、省電燈泡和一般燈泡三者來比較，T5燈管的確是最省電的選擇，因為所需的瓦數最小，但若要從環保的角度來說就不一定是T5拔得頭籌了，因為螢光燈(包含省電燈泡和一般日光燈管)的製作與材料較一般燈泡複雜許多，需要有螢光塗料和水銀，加上內部的安定器、變壓器等電路元件，不但使其製作過程更繁雜，更易產生一些對環境有害的副產品，而且這些元件都是不易回收再利用的。但一般燈泡就簡單許多，相較之下對環境的衝擊也較小，這是節能與環保之間的兩難！

    近幾年大家開始選擇節能的產品，也出現了一些有趣的報導：以下節錄自2008年華視新聞的文字稿。

　　……一般人多半都認為省電燈泡最省電，但是實際上，經由測量過後，如果以同樣100度的亮度來比較的話，省電燈泡24W使用的電量是0.3安培，一般燈泡20W就要0.8安培，而T5燈管28W卻只要0.1安培。這樣簡單的電量測試就能發現，以細長型的T5日光燈管最省電。……

　　您看出什麼問題了嗎？

1.從科學的定義來說，所謂的「省電」主要是節省哪一種物理量？(A)

A.      電能，單位：焦耳( J )

B.      電量，單位：庫倫(C)

C.      電流，單位：安培(A)

D.     功率，單位：瓦特(W)

2.依據報導文所述，在「相同亮度」下，用「電流大小」比較何種燈泡較省電的方法是否合適？並說明原因。

指出控制變因的概念(須在一樣的條件下進行比較)，不同發光原理的燈泡在相同瓦數的情況下，可以發光的亮度也不同，因此在比較前先統一亮度是更客觀的。例：相同亮度且電壓一樣的情況下，電流越小就越省電

3.依據報導文所述的測量，省電燈泡、一般燈泡、T5燈管何者的「發光效率」(單位功率可達到的亮度)最高？(B)

A.      省電燈泡

B.      一般燈泡

C.      T5燈管

4.一般在符合歐姆定律的情況下，電能(E)、功率(P)、電流( I )、電壓(V)、時間( t )的數學關係如下：

P= I * V

E=P * t

24W的省電燈泡、20W一般燈泡和28W的T5燈管三種電器同樣插在110V的家用電上，何者通過的電流最小？(B)

A.      24W的省電燈泡

B.      20W的一般燈泡

C.      28W的T5燈管

5.綜上的問題，你認為此報導的可信度如何？並提出你的論點。

不可信，指出結果或許是正確的(T5燈管最省電)，但報導中實驗所使用的物理量、實驗的數據、過程與結論自相矛盾。

可信，指出目前正式的實驗結果的確顯示T5燈管最省電，但仍提到此篇報導使用的物理量、實驗的數據、過程與結論自相矛盾。

◎文中提及的亮度單位為「度」，非正確的物理量

◎如文中所述，以相同亮度來說一般燈泡只需20W，反而是發光效率最高的(最省電的)

◎相同電壓的情況下，功率越小，電流應該也越小(和電器種類無關)，和文中所述不符

手機免插電喇叭

    最近在社群網站上常常看到有人在討論一個有趣的產品，利用一張紙摺成一個iphone專用的免插電喇叭(http://kidolo.com/eco-amp-iphone-amplifier/)，真有這種好康的事情嗎？

    其實大家只要仔細觀察就會發現，這個喇叭摺成一個圓錐狀，放在手機的喇叭口上，就好像是大聲公一樣的造型，其實這樣的裝置並沒有放大聲音能量的效果(不符合能量守恆啊~)，只是利用圓錐狀的造型，將聲音利用反射集中在圓錐狀喇叭的正前方，加上圓錐內部的空間也加強了空氣的共振效果，因此如果你在喇叭的正前方，聽起來就好像聲音放大了

    有趣又有創意的小發明，但要價不斐(聽說一個要價7.99美金)，其實大家也可以在家DIY，簡單又方便喔！將紙杯底部裁下，調整紙杯底部的寬度使其剛好可以放入手機裡，注意須放在喇叭口的地方喔，聽聽看！聲音是不是變得更大聲也更清晰了。

天津大爆炸

最近亞洲各地天災人禍不斷，尤其是臺灣的塵爆事件和天津的大爆炸，更凸顯了因為科學知識不足，導致許多不必要人禍災害的「理盲」^(註1)危機，就以天津大爆炸的這次事件來說，雖然大陸官方封鎖了許多消息，但透過媒體的報導，仍可拼拼湊湊的了解一些概況，其中許多媒體都將第二次的爆炸指向是對當時災情的不瞭解所導致，相關報導節錄如下：

蘋果日報2015年08月14日12:43 蔡碧月／綜合外電報導

    天津大爆炸的原因，目前仍在追究中。南方周末昨天發出一則報導，指稱消防員未被告知不能用水滅火，以致釀禍。文中引用第一批前往火災現場的消防員說法，指當時還沒有爆炸，第一批投入的消防隊員人很多，有100多人，現場並無人告知他們有不能沾水的危險化學品。大家就按照正常途徑用水來救火，大概噴水10多分鐘，聽見啪啪啪響。先是一個小爆炸，後來就出事了。…
    …據此前央視報導，爆炸8個多小時後火還沒有熄滅，原因之一是因為易燃物中含有電石，目前正用沙土掩埋火勢。而據新京報報導，據現場消防指揮部消息，當時發生爆炸的地點存放著硝酸鉀、硝酸鈉等硝酸鹽物質。這些固體氧化劑遇熱、碰撞都容易爆炸。…
    …該消防員說，大家就按照正常途徑用水來救火。自己是「二板車」（音），負責給前面的車供水。 「開始是一個集裝箱，大概噴水10多分鐘，聽見啪啪啪響，然後集裝箱就亮了。先是一個小爆炸，後來就出事了。」…
    …8月13日上午，國務院事故調查組確定幾點工作思路第一點就是「由於危化品數量內容存儲方式不明，暫緩撲滅，確定好具體方案再實施」。…

    發生火災時的滅火方式從科學的角度來說，只要能去除燃燒三要素其中之一，就可以阻止燃燒反應(氧化反應)的發生，也就是去除可燃物或去除(隔絕)助燃物或降低溫度(未達燃點)，一般我們會灑水滅火，主要的原理就是降低溫度，但如果可燃物的種類不同，灑水不但無法滅火，還會使得火勢更加嚴重。因此，根據不同種類的火災，其實我們所運用的滅火方式也要跟著調整才行。

    一般我們會將火災依可燃物的種類，分成四種類型，適合的滅火方式也有所不同，簡述如下：

1.     A類火災

一般最常見的火災，例如木材、紙張、衣服、塑膠等所引起的火災，通常會利用灑水降溫來滅火，也是一般人對「滅火」最普遍的認知。

2.     B類火災

由可燃性的物質(包含固態、液態、氣態)所引起的火災，如：油類、汽油、酒精、瓦斯等，此時就不能貿然用水直接撲灑，可能會使得部分密度小的油類因為水的流動擴大了火災範圍，甚至工業上的火災(如儲油槽爆炸)可能因為灑水反而和有機物因高溫碳化產生的碳反應，產生水煤氣(C+H₂O_（g）→CO+H₂)，反而更糟糕！

因此這類火災最好的方式就是阻隔助燃物(氧化劑)，也就是隔離空氣，最有效方便的方式就是乾粉滅火器或二氧化碳滅火器，酒精燈利用蓋子蓋上熄火也是這個原理。

3.     C類火災

因電力設施或電器產品使用不當，或電力超載所引起的火災。此類火災若未將電力確實斷電的情況下，最擔心的就是怕導電性的滅火方式(如灑水或泡沫)使得救災人員觸電，因此若未確認現場是否斷電，也不可貿然灑水，若已確認斷電，就可以當作A類或B類火災處理。

4.     D類火災

由活性大的金屬(如鉀、鈉、鎂等)或其他會和水反應的化學物質(如電石、強酸強鹼等)所引起的火災。這類型的火災最為特殊，通常都是在專業的化學實驗室或是化工廠等可能堆放大量化學藥品的場所，因為這類化學物質會和水反應產生如氫氣、乙炔等可燃性的氣體，或本身和水反應後產生高溫，此時灑水反而會助長火勢，甚至二氧化碳也可當作此類金屬的氧化劑(助燃物)，因此也不可貿然使用二氧化碳滅火器。

這類火災必須先知道現場的化學物質為何，才能使用對應的滅火方式^(註2)。

   

    此次天津大爆炸就是屬於D類火災，根據報導文指出，火災現場堆放了大量且不同種類的化學物質，包含了硝酸鉀、硝酸鈉等氧化劑，這些硝酸鹽類在高溫的狀況下，都會分解產生氧氣(2KNO₃ → 2KNO₂+O₂)，使得現場的燃燒更加劇烈，若單純只有硝酸鹽類，灑水確實可以抑制現場的燃燒，但如果還有俗稱電石的碳化鈣(CaC₂)，灑水就成了要命的行為！

    當電石遇水會產生乙炔（C₂H₂），反應式CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂，乙炔氣屬於易燃性氣體，若大量產生，現場溫度又高，就會發生致命的大爆炸，現場指揮官沒有在第一時間掌握火災種類，使得一般常用的灑水滅火方式反而相對助長了火勢，慘劇就這麼發生了，是意外？還是人禍？不可不慎啊！

    根據報導，後來指揮官採取砂土淹埋火勢，想一想，這又是利用哪一個原理來滅火呢？相對於灑水的方式是否比較安全呢？

註1：

不識文字的人通常稱為「文盲」，我們或許也可以稱對科學(理科)常識不足的人為「理盲」。

註2：

不同化學物質燃燒的處理方式可查詢物質安全資料表，http://ghs.ntut.edu.tw/sds/SdsQuery_index.jsp