彈性課程的規劃

之前緊急照明燈的製作和學校老師討論之後
未來可能會變成我們學校跨域彈性課程的選項之一
整個課程結合了三個老師的專長
首先由我們專業的工藝老師教導工具的使用
包含了基本手工具與專業的三DP與雷切等
這位老師之前在職校上課
因此對於實務上的課程非常的專業
由她(沒錯，很厲害的女老師)先開始讓學生熟悉一些簡單的機工具
這樣未來在實作上不但會更容易上手
安全上也有專業的老師指導

接下來由我藉由生活上一些小家電的維修切入
教導學生基本電路的認識
並利用簡單的工具讓學生進行維修
最後希望讓他們獨自打造出一個緊急照明燈
包含利用雷切設計外殼與電路的配置
真正讓實作與生活結合

最後引入資訊的雲端概念
由我們資訊組長來指導
將這台緊急照明燈結合Webduino來遠端遙控
只要時將USB燈換成其他電器
必要時連接繼電器，也可以控制其他110V的家電
更精緻化整個作品

原則上三個課程各一次段考的時間
雖然看起來獨立
卻圍繞著相同的主題

我們三個都不在意課怎麼分配
因此很容易可以讓一個課程由三個老師進駐
只要課程是有趣的，是有意義的
真的不會去吵時數，反而搶著要上
也許...真的要把這件事看成教育而不是工作
很多事就好談了

雖然還沒真正開始上
但...光是這麼討論就足夠讓人期待了!!

震動變色光劍

為了台中圖書館某場研習還是要打造一支出來才能對得起參加的民眾...

但這支光劍必需要打到之後會出聲而且變色才行

打到會變色...這就要弄一個震動開關

利用原子筆的彈簧加上一支鐵絲就可以

開關的部分要用觸碰式的才會覺得比較厲害

觸碰開關的做法很多

這次選用場效電晶體(mosfet)來作

場效電晶體和一般電晶體最大的不同就在於開關的原理

一般電晶體是利用電流通過來控制

因此E極的電流是C極和B極加起來的

而且只要B極電流消失

C極就會沒有電流

場效電晶體的控制端叫做G極(Gate)

其實是一個電容器

因此只要和正極碰一下充電後

D極(Drain)和S極(Source)就會一直開通

再和負極碰一下，電容器接地就會關掉

不需要像一般電晶體必需一直碰著B極才能導電

是最簡單形式的觸碰開關了

這個影片介紹的很棒，值得看看

整體電路圖如下

先將電源接上mosfet

再利用mosfet的觸碰開關來控制555電路

這樣就成了!!

作出來像這樣

我還是喜歡這種完全從零件打造的東西!!

 

 

影片如下

磁化的原理

簡單的來說
要讓物體帶有磁性必需本身就是磁性物質才可以
但還必須讓內部的磁性分子整齊排列才能表現出磁性
(實際上的原因很複雜，可能和電子的spin還有軌域分佈有關，我也搞不清楚)
這就像是一堆人亂無章法的拔河
方向如果不一致，再大的力量都無法呈現
因此我們有許多方法可以讓磁性分子整齊排列
其中一個最簡單的方式就是將磁鐵接近磁性物質
內部分子就會因為這個外加磁場的作用力讓排列較為整齊(拉成一致)
相對的，如果劇烈的撞擊磁鐵
也有可能會讓原本已經整齊的分子又亂掉
這個現象非常微觀
基本上只能意會

我們利用磁鐵磨成粉狀
就可以將微觀的現象放大
這是胡亂排列的情況
沒有明顯磁極

用N極吸引後，就會拉出S極
當然也可以吸引迴紋針

相反的，如果用S極吸引
就會拉出N極

搖晃後分子(磁鐵粉)排列亂掉
又會變成沒有磁性了
看影片就更清楚了

帶電粒子在磁場中的現象

這又是一個很直觀的實驗
載流電流在磁場中會因為勞倫茲力而移動
其實就是我們常用的右手開掌定則
之前做過兩個有趣的裝置來玩

其中一個還可以客觀量出勞倫茲力的大小

但這是因為有導線的關係
我們可以間接看到導線的移動，當作是電子(電流)的偏向
但如果單純只有帶電粒子呢？考試常考的...(唉~~)

之前常用的電弧打火機就是利用高壓在空氣中游離出一串帶電粒子

如果用磁鐵靠近
明顯可以看出電弧被影響了
如果單純只是金屬靠近，是沒有反應的
下面有影片

但因為磁鐵的尺度和帶電粒子的尺度相差太懸殊
因此不容易作出上述實驗的勞倫茲力方向
但直觀的實驗總是讓人很興奮!!

60Hz火花打點計時器(二代)_自由落體軌跡圖

和學生第一次討論完軌跡圖之後
發現很多學生其實真的連將軌跡圖變成表格都有困難
有些是不懂怎麼作，更多是測量時誤差很大
透過第一次的練習
他們自己也發現處理數據真的需要非常細心
雖然只是簡單的測量位置(距離)，也可能就測量錯了
「以前沒做過，都不知道原來我們連量個距離都有問題~~」學生有感而發的說
「是啊~~，這就是我希望讓大家知道知識產生的歷程的原因...」
後續也討論了一些大家認為可能產生誤差(v-t非預期的直線)的原因
其中有同學提到在一開始測量打點週期時就有很大的誤差
我微笑著，不附和也不否認
基本上只要打點計時器是穩定的
就算週期時間測量有誤，其實也不影響v-t圖的結果的
但學生可以有這樣的推論也算是在實驗中悟出的道理
值得鼓勵了!!

「很好的推論喔，不過問題人人會找，重點是能不能提出一個可行的解決方法？」
「量多次一點」
「時間長一點」
...

我心裡想的其實是重作一台打點計時器...
用市電的60Hz是最準的了
但1/60的週期已經到了固態繼電器的極限
一般固態繼電器的反應時間約20ms
所以其實我很擔心繼電器的速度不夠快
加上原本電弧打火機的開關速度也無法承受60Hz的頻率(無法動作了)
只能全部重新想過
高壓產生器試了許多種，最後用冷光燈的啟動器
之前其實用過許多次了，EMP，高壓電寫字等
這個似乎也可以用
電路圖如下
直接用110V的市電，一定要注意安全
加上一條保險絲是必要的

成品像這樣

自由落體出來的結果如下

算出來的加速度約881cm/s^2
其實我也不知道這樣算準不準
但至少不用再算打點週期了
但...我還是喜歡可以調速的

x-t圖與v-t圖，需要並存嗎?

又重作了一次氣墊球的軌跡圖

這次換了新電池之後好多了(有些時候原因是很簡單的)

但軌跡圖的的前段似乎有點不規律

可以看出打點的痕跡有時多有時少

這很有可能是電容器和可變電阻不夠精密所造成的

畢竟計時的方式就是利用電容的充放電來控制

電容的品質也差很多(有些相同規格的電容器價錢差了20倍)

所以在點數夠多的情況下

決定捨去前段的點，從52公分左右開始分析

先畫出x-t圖

漂亮吧!!

這樣的圖相信絕大多數的人就會判定為等速度運動

R^2=0.9995，還有甚麼話說~~

但...這就是x-t圖的極限

如果變成v-t圖呢？

雖然R^2只有0.8174

但可以明顯看出速度有下降的趨勢

很緩慢，但速度明顯是變慢了

有時第一層的表象往往讓大家誤判

真正深入研究才會發現事情常常不是一般人看到的那樣

表面的光環也許耀眼

但有些真相卻是刻意被隱藏起來了

我能決定我想讓你看到的呈現

但不一定就是真相...

很多檯面上的人、事也是如此

有多少人真正看到了真相

尤其是在被刻意包裝之後...

科學的訓練讓我下意識地想要抽絲剝繭

卻也因此讓人更厭惡

火花打點計時器_氣墊球軌跡

這就是為甚麼我要讓打點計時器可以調頻的原因

氣墊球摩擦很小
我希望可以作出當時伽利略的那個實驗
但我並不打算把球推很快
這樣比較能觀察
所以如果我的打點計時器太快
點實在太密集，根本無法區分
因此必需調慢速度
兩者的差別如下

調慢之後就比較能分析出來了
從假裝的v-t圖可以看出來前面3點其實就是我推出去的過程

接下來就是氣墊球的事了
出來並非我要的等速度
反而是很漂亮的等加速度
但速度是越來越慢
把趨勢圖去掉前面加速的三點就更明顯了

當然原因可能很多，之後再來討論
但這個結果其實也不錯

可以得到一個很重要的結論就是
動摩擦力為定值