2018年10月8日 星期一

科學的討論

雖然下週要段考了
但有趣的討論還是想玩一玩~~
我習慣先上第二運動定律之後再切回第一運動定律
從F和a之間的關係會更容易理解牛一的內涵
「...我們之前說的很多現象如果要用慣性定律來解釋必須有一個前題是甚麼?」
「合力為零...」
「那合力為零和不受力一樣嗎?」
「不一樣嗎?」學生狐疑地問
「月光族和沒工作的人最後都是沒存款,但一樣嗎?」
...以下省略

「但就如同我們上次玩的氣墊球一樣,在真實的世界裡,我們容不容易做到一個完全沒有摩擦的環境?」
「不可能吧~~」學生回答
「沒錯,這幾乎是不可能的事,因此我們之前討論的很多現象都有一個關鍵字就是"瞬間",在那個瞬間因為力的接觸時間極短,我們就"假裝"用沒有受力的情況來解釋,這都是用理想狀況來討論的...」
...以下省略

「...好~~,我們剛剛看到乒乓球在罐子裡如果突然加速,球會...」
「往後跑啊~~」
「沒錯,如果我們裝入水,也可以看到類似的現象,但如果我現在把乒乓球倒著放入水中,同樣瞬間加速會發生甚麼事?」
「老師~~有科學麵嗎?中午吃素,肚子餓了」天啊~~現在才第五節...
果然瞬間出現五六種結果~~
「重點是這些結果的理由是甚麼?這次要上台跟大家說才有科學麵」
其實最後沒有麵也是想說說看,這就是一種習慣吧!


「我覺得水會向後,球會向前,因為球本來就會浮出水面,現在被繩子拉在水下,他應該會很想浮出水面,水向後移動,前面的水比較少,所以球會往前才容易出水面」
雖然學理上有問題,但我好喜歡這個答案~~
他已經抓到了某些科學的精隨,自然界很多現象的出現就是希望趨向穩定
「很棒的論點,我很喜歡~~,但如果球向前還是在水面下,那浮力還是沒有變啊,也就是說如果你的論點成立,球如果向前會出水面就會如你說的,球如果向前還是在水面下...」
「那就可能會維持不動」學生自己回答
「那我們可以設計一個實驗來證實嗎?」
大家七手八腳地把線弄短,馬上就讓球完全沉入水中


「不過我們先不做實驗,先再聽聽其他人的意見」
...以下省略

實驗後...
「大家都看到了實驗結果
如果我先讓大家看到結果,我想你們剛剛都不會有這些有趣的討論
只會去想一個可以說明這個現象的最合理解釋
這也沒什麼不好,但就會變成只想要一個標準答案而已
在標準答案背面其實還有很多值得討論的...」
「老師~那我們可以再討論為甚麼嗎?我還想吃科學麵」
「下星期一要段考了,我們習作還沒複習啊~~」
「那考完再繼續喔~~」
誰說一定要有絢麗的實驗
這樣的討論加上科學麵就夠精彩了~~

2018年10月5日 星期五

USB燈

光是想像緊急照明燈的課程就忍不住又開始設計了
之前是買現成的USB燈
雖然不是很亮,但以緊急照明的角度來說也算夠用了
但還是希望自己打造一個真正可以一般照明用的燈
之前燈泡人就作過
但第一次作,其實有點醜~~


這次再重新打造,加上USB公頭
底座的開孔用電熱刀就很好切







因為我的電源只有3.7V
因此沒有加裝限流電阻
如果客官們要打造,若要插在標準5V的USB上的話
一定要加裝一只220歐姆左右的電阻
不然就燒給你看了~~

最後的成果質感還不錯,非常亮!!


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


2018年10月4日 星期四

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

2018年10月2日 星期二

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!!

2018年9月30日 星期日

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
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


電子元件的包裝袋秘密

很多電子模組都會用這種黑色半透明的包裝袋 為什麼要用這種特殊的包裝袋呢? 用一般的PE袋或PVC袋不行嗎? 這就要回到電子電路的工作原理來說了 傳統電路主要靠電流來控制電路 電子電路則是靠電壓來控制 (這麼粗略的說法一定會被罵,但無法在三千字內說清楚就乾脆不說了,有興趣研究的可以...