0

11
1

文字

分享

0
11
1

科學寶可夢 #59 風速狗:讓主人傾家蕩產的神獸

Rock Sun
・2016/12/02 ・2663字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 469 ・五年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

身為一名訓練師,你真的了解你的寶貝們嗎?寶可夢圖鑑讀熟了沒?

其實圖鑑告訴你的比想像中的還多喔!每個星期周末跟著 R 編一起來上一門訓練師的科學課吧!來跟大家分析這些寶可夢們是如何使用科學力來戰鬥的。

跟飼料錢說掰掰 #59 風速狗

arcanine2
(圖/Giphy)

大家最愛汪星人了,寶可夢自然沒有忘記這一點。

大家對卡蒂狗的印象大概就是老虎般的花紋、蓬鬆的尾巴。而在寶可夢圖鑑中,也花了大半篇幅形容風速狗帥氣的英姿、華麗的鬃毛或是神獸般的存在(註1),但其中某一段敘述和其他人大相逕庭,充份表現出風速狗的那名副其實的速度。

「據說牠一個晝夜就可以跑完6200英里(10000公里)的超快速神奇寶貝,並由體內的火焰轉化成力量。」(紅寶石、綠寶石、藍寶石、黑2、白2、Omega)

我們都已經進行到第一世代神奇寶貝的一半,速度超快這種事情已經見怪不怪了,但風速狗是第一隻明確寫出距離、時間並用「跑」跑出高速的神奇寶貝,所以我們理所當然要來稍微檢驗一下啦。(註2)

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
(圖/Bulbapedia)
(圖/Bulbapedia)

風速狗一天能跑10000公里,所以相當簡單的計算,他的平均時速大概是416公里,比獵豹的時速110公里快;印度槍魚的游泳時速128公里;遊隼的時速389公里都還快。拿動物比太便宜了,這種速度,只有全世界最快的合法上路跑車能夠跟他相比了,據說這台叫做 Venom GT的跑車最高時速可達時速434公里,但它能不能維持這種速度開一整天我就不知道了(註3)。

maxresdefault
兄弟們~聽說今天跟我們比賽的是這台車。(圖/Youtube “Attack of dogs”

要跑這麼快,你一定要有像樣的能量來源,正常生物是藉由攝食、呼吸來獲得能量,但風速狗相當的不一樣,圖鑑中明確表示,他是以體內的火焰作為能量來源,也就是風速狗本身是一個熱燃機,就跟汽車一樣。

所以我第一個就想問的是,如果風速狗是台車,他會擁有多少匹馬力呢?

馬力是個功率單位,由蒸汽機的改良者詹姆斯瓦特命名,他將1馬力定義為:「一匹馬在1分鐘的時間,拖動半徑為12英呎水車2.4圈的距離」。並假設每批馬能拉動180磅(81公斤左右)的情況下,現代馬力比較多用於造船、引擎等燃機功率的表示,其他生活中它多半都被「瓦特」(焦耳/1秒)取代了,而他們之間的關係,1馬力差不多是746瓦特。

馬表示無奈(圖/Wikipedia)
馬表示無奈(圖/Wikipedia)

在各種不同的情況下,馬力會有不同的表示方法,如機械馬力、鍋爐馬力、液壓馬力等…是在不同物理條件下的產物。而現在我們主要以汽車引擎的方式計算風速狗的馬力。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

經由Calculator.net的馬力計算機,我們得出體重155公斤的風速狗,在維持高速的情況下,跑完0.25英里只要3秒多,馬力數為1602

目前世界上馬力數最高的跑車不過才1200出頭(註4),而風速狗靠著雙腳就能跑出這種速度實在是相當逆天。但風速狗終究是生物,他這樣跑,不會肚子餓嗎? 或是說體內火焰不會燒完嗎?

arcanine3
別忘了存一下用絕招喔(圖/Giphy)

1602馬力將近1200000瓦特,也就是每1秒鐘,風速狗的體內會消耗120萬焦耳的能量,如果用碳水化合物來提供能量,並且轉換率為理所當然不可能的100%的話,他一秒鐘要消化並利用71.43公克的碳水化合物。

好吧~似乎是沒什麼感覺,來個現實點的數字好了~

R編家剛好有養狗,所以立刻前去查看家中汪星人的飼料袋旁營養標示,我家狗飼料上面標示每一克熱量為3.7千卡,也就是每克15540焦耳,並且每袋重差不多7公斤,所以如果你家的風速狗跑了起來並達到急速,他一秒鐘就會需要消耗了77克的飼料,聽起來沒有很多,但你會發現在1.5分鐘過後,牠可能會需要吃掉一整袋的飼料,如果牠今天真的像圖鑑所說的跑了一整天,牠會需要吃掉超過超過900包飼料,而你會破費,花掉超過200萬台幣買飼料(註5)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
整櫃的狗飼料都不夠啊!圖/wikimedia
整櫃的狗飼料都不夠啊!圖/wikimedia

但是幸好,這是非常簡單的假設,我們並不知道風速狗怎麼代謝、怎麼吃飼料或是吃什麼過活的,但是如果哪一天你看到地平線上出現一隻老虎般壯麗的狗狗寶可夢朝你跑過來,我建議你還是迴避一下,一方面躲避風速狗的衝撞,一方面準備告訴後面開著跑車的飼主他家的狗去哪了~

那隻狗的飼主說不定是......(圖/Pokemon Wiki)
那隻狗的飼主說不定是……(圖/Pokemon Wiki)

編註:

  1. 真沒想到,不過在圖鑑中一半的地方就能看到第一隻白紙黑字寫出來的「神獸」。「人們頌揚他的英姿,跑起來跟飛一樣。」(紅、藍、葉綠)、「東方傳說中神奇寶貝,無數人被其輕巧跑動的身姿所擄獲。」(黃、火紅)、「華麗的鬃毛令無數人為之著迷,中國傳說裡的威風凜凜的神奇寶貝。」(金、心今)、「威風凜凜的叫聲充滿威嚴,聽到的人都會不由自主地伏下身去。」(銀、魂銀、Y)、「在草原上馳騁的樣子攝人心魂,古代的畫卷上都有所記載。」(水晶、鑽石、珍珠、白金),看來下一次大家在手機看到它的時候也請給他一點特別待遇吧。
  2. 之前有過比雕的2馬赫穿山王莫名其妙的2.3馬赫,所以風速狗充其量只不過是第三名而已,但是第一比雕是用飛的,而穿山王的圖鑑記載並不詳細,我是用「可能發生那種效果」下去推測它的速度,但也有可能全盤都錯(例如被任天堂反駁之類的),所以風速狗是第一隻時間、距離提供清楚的寶可夢。
  3. R編並不是汽車專家,再加上科技日新月異,能夠開上路的車子最高速或最高馬力可能有其他更多答案,但至少人類已經能夠比風速狗快了,可喜可賀。
  4. 當你打開超跑的資料時可能會發現在馬力數那裏是表示為bhp(制動馬力)。這是一種量測引擎馬力大小的方法所得出的數值,是利用剎住或制動曲軸轉動方式的普羅尼制動裝置,由此裝置測出引擎的馬力稱為制動馬力。通常馬力數會比制動馬力小15%。
  5. 如果你全心全力支持你家的風速狗跑完全程的話,你必須扛著這900包的飼料趴趴走,這差不多6.3頓的重量別說汽車了,你可能得請一台大貨卡幫你運,但很可惜貨卡一定追不上風速狗,所以最耗的方法是前一天在沿路放好,然後注意不要被吃掉。

參考資料:

  1. Pokemon Database
  2. 空想科學讀本2  P40~42
  3. 維基百科(馬力卡路里熱燃機
  4. Calculator,net
  5. Odometer “THE 10 FASTEST STREET LEGAL CARS”
  6. Quora
文章難易度
Rock Sun
64 篇文章 ・ 885 位粉絲
前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者

0

8
2

文字

分享

0
8
2
快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
196 篇文章 ・ 300 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

2

11
5

文字

分享

2
11
5
小鳥為什麼不走路要用彈跳的?——《鴿子為什麼要邊走邊搖頭?》
晨星出版
・2023/10/25 ・1493字 ・閱讀時間約 3 分鐘

彈跳的鳥類

用雙腳移動時,只有鳥類會使用而人類不會用的動作,那就是彈跳。這種名為彈跳的運動既困難又麻煩,為什麼鳥要這樣子彈跳呢?其實到現在我們還無從得知。

如同前述,彈跳是兩腳幾乎同時一起跳的運動方式。我們常見的鳥,像是麻雀和日菲繡眼這種小鳥就是用彈跳的(圖一),而烏鴉在急的時候也會彈跳。

麻雀是兩腳並用一起跳,但也有兩腳稍微錯開來彈跳的物種。例如巨嘴鴉之類的鳥類身體會微微傾斜,左右腳些微錯開,用「噠噠、噠噠」這樣的節奏來彈跳。這兩種本質上的差異目前還不清楚,不如說彈跳跟跑步的差異也還不清楚,所以步行研究者目前也是束手無策。

圖一、麻雀的彈跳,左右腳微微錯開著地(照片 ③ 中偏差大約是 1/120 秒)

歐亞喜鵲這種鳥同時會彈跳也會跑步,但比較兩者的研究顯示,在跑步與彈跳中,腳的運動方式跟肌肉動作幾乎一樣。彈跳跟跑步一樣,是高速移動的方式,活用肌腱像是彈簧的功能來轉換動能跟彈性位能。然後,兩種的差別只有「雙腳交互動作」或是「幾乎一起動作」而已。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

彈跳和跑步除了腳動的時機以外沒有什麼不同,那為什麼只有一部分的鳥是用彈跳的呢?

這個問題,很遺憾現在的科學還沒有解開,現階段一致贊同的只有:一般認為會彈跳的鳥是相對小型的種類,以及常待樹上的種類。看了許多鳥以後,會發現確實小型的鳥很常彈跳。另外,喜歡待在樹上的鳥則是常用兩腳一起從一根樹枝跳到另一根樹枝上,所以在地上也同樣會用兩腳一起跳躍,這樣說來可能就會覺得可以理解。

但是在樹上彈跳,在地上也還是可以步行不是嗎?不這樣區分移動方式,應該是因為有什麼身體構造或生理學上的理由才對,但這問題至今仍然是謎。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
圖/giphy

另一方面,小型的鳥喜歡彈跳的理由,如果用「彈跳適合用來高速移動」,可以解釋一部分的疑問。比起小型鳥,大型鳥的步幅更大,一般步行速度也比較快。如果小型鳥想跟大型鳥用同樣速度移動的話,就需要走得很快。像是人類,也很常在路上看到小孩要小跑步拚命跟上大人的走路速度。跟那個狀況相同,小型鳥有使用相對身體尺寸的高速進行移動的必要性。

想像看看會啄食掉落在地面的種子的鴿子和麻雀,如果用同樣密度灑餌,鴿子只要數步就能抵達下一個餌也說不定,但小型的麻雀需要移動相對更遠的距離才能拿到餌(圖二)。這樣一來就需要比較急著移動,這麼解釋或許也很合理。

圖二、假設在距離鴿子兩個身體遠的地方放餌,對體型較小的麻雀來說,同距離就需要移動六個身體的長度,不移動更遠的距離就沒辦法拿到餌。

但是彈跳和跑步如果是同樣的運動,那為什麼不能用跑的呢?「小型鳥比較需要快速移動」這種說明,很遺憾地似乎不能完全解釋為什麼要選擇彈跳。

但這麼簡單的問題,21世紀的科學還無法解釋,真是令人驚訝。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

——本文摘自《鴿子為什麼要邊走邊搖頭?》,2023 年 8 月,晨星出版,未經同意請勿轉載。

所有討論 2
晨星出版
12 篇文章 ・ 3 位粉絲

0

0
1

文字

分享

0
0
1
動物移動方式大不同!獵豹為什麼跑這麼快?——《鴿子為什麼要邊走邊搖頭?》
晨星出版
・2023/10/23 ・1560字 ・閱讀時間約 3 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

動物的移動方式及進化

動物會使用肌肉骨骼系統來進行各種運動,有時是只動身體的一部分,有時則是移動整個身體,讓自己移往其他地方的情況。理所當然的是,動物將自己整個身體移動到其他地方,會比只有動一部分身體需要更多的能量。所以移動時會特別需要注重效率。

動物們在進化過程中獲得各種生活形態,以及適合該生活形態的移動方法。只要看看動物們的走路方式,就能理解這個進化過程。

像山椒魚等兩棲類動物,以及蜥蜴、壁虎等爬蟲類,都是從軀幹伸出四肢來撐起身體,並扭動身軀,一一藉著四肢的支點往前方移動(圖一)。扭動軀體的運動跟魚在游泳時的軀幹動作很類似。兩棲類和爬蟲類是脊椎動物進化過程中最初上陸的動物們,本來就擁有類似魚那樣扭動身軀的身體構造,要善用這種構造在陸地上運動,就演化出了這樣的走路方式吧。

圖一、壁虎的步行姿勢。隨著步伐,脊骨(白線)會左右大大彎曲。

後來兩棲類中有一部分軀幹變短、後肢也變得發達,那就是蛙類(圖二)。長長的後肢可以產生強大的跳躍力。說到彈跳,身體要是扭來扭去的穩定性就不好,要是身體變短,就不會扭來扭去的了。因為獲得了短身軀跟長後肢,使得蛙類可以進行大幅度跳躍。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
圖二、青蛙的骨骼標本。長腳可以進行強力跳躍,短短的軀幹則讓跳躍時可以保持身軀穩定。

一部分的爬蟲類(恐龍類)和哺乳類的四肢又更加發達,可以進行多樣化的運動。他們的四肢不只是變長,還跟兩棲類或蜥蜴等爬蟲類不一樣,四肢不是生長在身體兩側,而是下方。往下生長的四肢可以高高舉起軀幹,只要前後擺動四肢就能移動了。

比起移動整個身體,只有四肢動作的效率會比較好。另外,體幹如果可以不激烈動作,身體就可以比較安定,而且更容易控制。結果就能實現高速運動。另外,像鹿或是馬等擅長跑步的動物,牠們的四肢,特別是末端部分會很長(圖三)。腳變長的話,跨一步的距離也就會變長,可以跑得比較快。

圖三、馬(左)和人(右)的骨骼,馬的掌骨跟肱骨差不多是同樣長度,人的骨骼圖為臼田隆行作畫。

本來哺乳類也不是軀幹就保持不動,而是軀幹跟四肢經常一起協調地動作,但是方向跟魚或蜥蜴的橫向運動不同,是身體往腹背方向彎曲再伸直,像是為人熟知的貓科動物跑步時的動作。例如,獵豹跑步時,身體會大大彎曲再伸直,用全身力氣來有力地跳躍並讓步伐加大,創造出陸地上最快生物才有的跑步速度。(圖四)

圖四、跑步中的獵豹。跑步時脊骨(白線)會往腹背方向大大彎曲再伸直,讓每一步的步伐距離變長。

所有哺乳類雖有程度差別,但似乎都有像這樣身體往腹部方向屈伸的動作。前面所述的馬跟鹿等動物,雖然看起來軀幹動作沒這麼大,但脊骨還是會反覆進行彎曲再伸直的動作。只是活動程度比貓科動物少得多了。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

稍微離題一下,從陸地再度回到水中的哺乳類也不例外,海豹或海狗、鯨魚等動物,游泳時的脊椎也是往腹背方向屈伸的。魚類一般是身體往兩側扭動來游泳,所以我們可以說水棲哺乳類的身體往腹背方向屈伸,是因為從腳配置在軀幹下方的哺乳類演化而來,可以說水棲哺乳類才有這樣的特性吧!

——本文摘自《鴿子為什麼要邊走邊搖頭?》,2023 年 8 月,晨星出版,未經同意請勿轉載。

晨星出版
12 篇文章 ・ 3 位粉絲