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科學怎麼搞:為什麼在外吃飯有時候桌上的碗會亂跑?

nci-vol-2398-300

Source: wikimedia

是的,科學怎麼搞又來了。如同你在標題上看到的,這一次我們要來搞搞『為什麼在外面餐廳飯館麵店用餐的時候,剛端上來裝有食物的碗盤有時候會在桌上亂跑』的實驗。

當然,細心的讀者可能覺得有點奇怪:這個題目怎麼似曾相識?有一股小姐你好面熟我們是不是在哪裡見過的感覺?沒錯,這的確是不久之前,在國科會科技大觀園的廣播單元裡聊過的現象,在廣播中也已經提到了背後的原因。不過各位先別急著關視窗(囧囧),科學怎麼搞的重點當然不是『給答案』,而是『搞過程』。畢竟古有云「盡信書不如無書」,同樣的想法到了現代則是「盡量估(Google)不如不估」,老是馬上相信網路上的答案,還不如做個實驗來驗證一下順便玩玩你說是吧?

那麼,還停留在這個頁面的讀者們,我們就一起來聊聊這個吃飽太閒的實驗應該要怎麼做吧。

不過在做實驗之前,我們要先講點別的。基本上,科學實驗大致上分成兩大類:一種是『有實驗組&控制組』(控制型實驗, Controlled experiment)的類型,這個類型的實驗方式應該是一般人或學生最熟悉的科學研究形式(因為學校常常是教這個)。以科學怎麼搞前兩篇文章為例,花生與甘蔗渣的實驗就是這個類型。不過,這個世界上並不是所有的事物都可以那麼容易控制、操作、或是有容易設置的直觀控制組,好比說如果我們想驗證『小時候胖不是胖』(也就是小時候胖不代表長大也會胖)這個說法,要想用控制型實驗的做法根本不可能(到哪裡去找到一堆小孩分成兩組一組拼命餵食讓他胖、另一組則是控制食物讓他不胖然後等他們長大以後來看有沒有胖啊?),所以我們只能以所謂的『觀察記錄分析然後檢視結果並且推論』(實證型實驗, Empirical experiment)的這種實驗類型來進行。

就好像科學怎麼搞的『念力讓手指變長?』這第一篇文章,就是藉由觀察記錄分析為實驗的主要方式,而沒有包含控制組這種東西。這兩種實驗類型在面對不同的問題和狀況時都會各有優劣之處,但一般來說,實證型實驗可以用來探討絕大多數的問題,而控制型實驗則比較侷限於能夠人為操控的規模的問題類型。

以『桌上的碗為什麼會亂跑』這個問題的規模來看,上述的這兩種實驗類型其實都可以進行。不過,我個人比較偏好以實證型實驗先來探討這個現象,除了這樣比較有趣也比較貼近現實之外,也因為這個現象可能牽涉到的條件還頗為不少(我所想到的就有食物類型、食物溫度、碗盤材質&大小&形狀&重量、碗盤底部面積&底部凹槽內體積、桌面材質、桌面光滑程度、桌面是否有水、桌面傾斜度等等),單純以控制型實驗來探討這個現象有點不知從何處下手又有以管窺天之感。

而且真的要做控制型實驗的話,光是準備實驗材料(搞一堆不同的碗盤、不同食物、不同的桌子&不同的傾斜度)然後一個一個因素去測試,萬一這個現象並非單一因素所能引起,那麼光是因素之間的組合就要搞到天荒地老,還不如先以實證型實驗來探究背後的原因,看出一點端倪之後,再以控制型實驗驗證原因的正確性比較實在。

Crazy scientist. Young boy performing experiments

Source: dailyalchemy

既然要深入民間做實證型實驗,當然需要一些工具以便客觀的觀察記錄並且彰顯尊爵不凡。這個實驗當中我們會需要以下幾樣工具:

  • 游標尺(一方面精密,看起來帥又專業,用一般直尺可能會有測量上的麻煩)
  • 有刻度的氣泡水平儀(量傾斜度難不成要用滾彈珠的方式嗎?)
  • 非接觸式溫度計(一般溫度計也可以,只是要常常擦,千萬不要拿量肛溫體溫的來用)
  • 電子秤(廚房用的其實就可以)
  • 水分試紙(如氯化亞鈷試紙,我想不到其他的方法來測試桌上有沒有水)
  • 高級碼表(其實用手機內建的就可以)
  • 名牌鐘錶(其實只要可以看時間的就可以,也可以不需要)
  • 高級數位相機(拍照錄影做紀錄看起來比較專業,其實用手機內建的也就可以,其實也可以不需要)
  • 筆電(看起來專業又先進,但其實一般記錄紙筆就可以)
  • 嶄新大鈔一疊(吃外食總是要付錢的,但用大鈔付容易招惹老闆討厭,所以其實一般小鈔零錢就可以)

準備好這幾項工具之後,就可以開始進行這一個吃飽太閒的實驗了。

這個實驗的流程,其實就跟你平常外食沒有兩樣。你還是一樣走進你愛吃的飯館麵店,坐在你挑選的位子上,點你想吃的東西。不過,等到你的食物來了以後,你就不能一如往常的開動,而是必須要忍住你的飢餓,開始進行記錄。也因此,本文不斷的強調這是個『吃飽太閒』的實驗,你如果耐不住餓,實驗是做不成的。

總之,這記錄應該是這麼做的:在食物來之前,先記錄你點的食物類型、用水分試紙測試桌上有沒有水分殘留、以及桌子的材質(也許還有光滑程度)。然後當食物一放上桌,你就馬上要以溫度計測量食物的上桌溫度,同時按碼表開始計時,以便記錄裝著食物的碗盤從上桌到滑動這中間經過了多久(如果臉皮薄怕老闆來問說怎麼都不吃的話可以假裝你在飯前禱告)。當然,滑動可能不止一次,所以也要記錄滑動的次數和每一次滑動的間隔時間,也可能根本沒有發生任何滑動。但總之,等到你覺得碗盤永遠不可能再有滑動了以後(例如十分鐘過後,不過這其實需要預實驗的觀察才能確定該定多久),你就可以用水份試紙檢驗碗盤和桌面接觸的底部邊緣有沒有水,再把碗盤連帶其中的食物一起拿起來用電子秤秤重,同時以氣泡水平儀檢驗剛剛碗盤放的地方的傾斜度。

等到這些記錄都做完了,你就可以把已經冷掉的食物含淚吃掉。記得把食物吃得乾乾淨淨,因為吃完以後還要記錄碗盤的類型&形狀,並且再秤一次以得知空碗盤的重量,最後用游標尺測量碗盤底部的凹槽直徑和深度,以便計算碗盤底部的面積和凹槽體積。等到記錄都結束了,記得挺起胸膛去櫃臺結帳,使用嶄新大鈔也好,使用陳舊零錢也罷,千萬不要因為老闆和其他客人的狐疑眼光就逃走不付帳。

於是,就這麼一餐又一餐、日復一日的詳實記錄,等到個把月甚至半年過去,應該就可以累積到足夠的數據可以分析。當然我承認,以這種『想吃外食的時候再去吃』方式來收集數據或許有些緩慢,但我認為你並不需要為了這個實驗提高外食的頻率,畢竟科學雖然重要,健康也是要顧。不過,如果你有國科會計畫或校內外科展的交件壓力的話,為了提高收集數據的速度,你可以三餐都吃外食,並且每次都廣邀親友跟你同行還讓他們白吃白喝,甚至也可以幫隔壁桌的陌生人付錢以換取他點的食物碗盤是否滑動的記錄,相信這樣一定可以在短時間內收集到相當龐大的數據,並且連帶的花光戶頭裡的錢。

回頭來看這些記錄,我們之所以記錄了這麼多的項目,其實就是因為我們並不是非常清楚到底哪些項目才是真正有影響力的,而這也是許多現象剛開始研究時會遇到的狀況。所以,我們首先應該要把原始數據整理成合理且有條理的資訊,或許就能夠看出一些端倪。

如果你仔細思考,你會發現當初記錄的原始資料(食物類型、食物溫度、碗盤的材質&大小&形狀&重量、碗盤的底部面積&底部凹槽體積、桌面材質、桌面光滑程度、桌面是否有水、桌面傾斜度)當中,除了有放諸四海皆準的計量資料如時間、溫度、重量、大小、面積、體積、傾斜度之外,還有其他屬於描述性的資料(食物類型、碗盤材質、形狀、桌面材質、桌面光滑程度、桌面是否有水、碗盤底部邊緣是否有水),而這些描述性資料該怎麼整理,其實就是最微妙的地方。整理的理由合理又有根據,常常就可以隱隱呈現出某些模式,對於後續的分析更是有幫助。如果整理得不好,那大概分析起來就會很頭痛了。

所以,以我的觀點,我會把食物類型分成『湯水食物』和『非湯水食物』,因為湯水食物是以液體為主或大多是液體,傳熱給碗盤應該比起非湯水食物來得均勻也迅速。而碗盤材質則會分成『塑膠』與『陶瓷』,因為兩者之間的差異(重量、導熱速度)頗有差別。碗盤形狀或許區分為『圓形』與『多邊形』,考量到的原因是多邊形的碗盤或許比較會在轉角處有瑕疵。至於桌面材質,也許可以根據最常見的餐館桌椅類型分成金屬、玻璃、塑膠、以及木貼皮四類。而桌面光滑程度就比較尷尬了點,或許會用分成五級的方式以觸感主觀判斷。桌面是否有水、以及碗盤底部邊緣是否有水,則是以『有』或『無』兩種結果來區別。

等到數據整理完畢之後,我們其實需要藉由統計分析的方法,來篩選出真正重要的因素,並且整理出最後的簡化結果。在這裡分析的過程就不詳述了,而如果要解釋分析各個造成碗盤滑動的因素,其實就是科技大觀園裡頭所列出來的幾個重要因素,以及根據我自己曾經的觀察所得到的推論。

科技大觀園裡頭列出以下幾點:

  1. 玻璃或性質相當的平坦堅硬桌面。(我覺得是平坦光滑的桌面最重要,桌面的材質不是重點,因為是碗底凹槽的空氣被加熱而不是桌面)
  2. 碗底有完整的裙緣及凹槽。(這一點是一定不可或缺的)
  3. 碗內裝很熱的湯或物品。(這點當然是不可或缺,但我覺得只有湯湯水水的食物才有足夠的熱能而且能夠平均的把碗盤底部空氣加溫,不然肉圓這種食物剛起油鍋燙得要死印象中也從來沒滑動過)
  4. 碗底或桌面有些水份。(這絕對是不可或缺的)
  5. 桌面有些許傾斜。(我覺得這倒是不一定,只要碗盤已經被底部空氣推起來了,電風扇或講話或動作的氣流都可以讓碗盤滑動或飄動)

另外我覺得重要的幾點:

  • 碗盤材質:硬塑膠碗才可能會滑動,陶瓷碗恐怕都太重了,就算裡面沒有食物,說不定底下的空氣也推不起來。
  • 碗盤形狀:恐怕只有圓形或橢圓形的碗盤才容易滑動,因為多邊形的碗盤可能導致底部轉角處的裙緣不規則,使得水沒辦法把底部裙緣跟桌面密封。
  • 碗盤的底部面積&底部凹槽體積&食物與碗盤總重:這三者應該是要算成『總重/底部面積*凹槽體積』這種形式,因為底部面積越大就能夠越均勻的把碗盤往上推,凹槽體積越大表示每一單位的底部面積有越多空氣可以施加壓力,而當然總重越輕也越容易被推起來。

總之,綜合以上幾點,如果以白話的方式來描述這整個碗盤滑動的過程,我想應該是這樣的:

『上桌的碗盤裡面裝了湯湯水水的熱食。碗盤放到桌上以後,因為桌上本來就有一點水,或者是碗盤底部有著清洗過後還沒陰乾的一點水,於是這一點水就把碗盤底部的裙緣跟桌面之間的縫隙封住。碗盤底部凹槽裡被封住的空氣被上頭的湯水慢慢加溫體積漸漸膨脹,於是碗盤底部凹槽裡變熱的空氣就開始往上推著碗盤底部,等到空氣溫度夠高、產生的推力夠大的時候,碗盤就被推離桌面,並且開始沿著傾斜的桌面滑動,或是受到電風扇或講話的氣流而飄動。所以,湯湯水水的食物越滾燙,越能夠提供充足熱量來迅速加熱底部凹槽裡的空氣,也就會越快開始滑動;而底部凹槽體積越大且面積也越大的碗盤,底部受到的總壓力,以及每單位的底部面積受到的壓力也越大,越容易把碗盤推起來。』

至於什麼時候滑動的碗盤會停下來呢?科技大觀園裡頭的說法是「直到碗底的空氣溫度因為桌面吸收了熱量而冷卻」就會停下來了。但是我自己觀察到的是另一個不同的狀況:

『被底部空氣壓力推起來的碗盤會滑動,直到滑動的距離太長,封住縫隙的水分在桌面上拖行抹開到沒辦法再繼續密封住縫隙,讓碗盤底部膨脹的空氣從縫隙中排出,這時候碗盤就會又落回桌面上,如果仔細聽的話,甚至可以聽見空氣排出的輕微啵聲。跟桌面重新貼合的碗盤底部裙緣可能會被水再度密封,裡面的空氣繼續被加熱而又有足夠壓力把碗盤推起來,但是由於縫隙間的水已經稍少了點,所以滑動不了多遠就又會不足以封住縫隙而讓空氣噴出,於是碗盤又落回桌面。就這麼反覆循環,直到食物的溫度不足以加熱空氣到提供足夠壓力、或是縫隙間的水少到密封不了碗底凹槽為止。』

至於有網友表示,不只是裝熱食的碗盤會滑動,裝冷飲冰甜點的杯子碗盤也會滑動。我想這個原因也是類似的:碗底凹槽的空氣把碗抬離桌面,所以碗就滑動了。只是差別在於,碗底凹槽的空氣顯然不可能是因為溫度升高而膨脹產生壓力把碗推高,反而比較有可能是因為冷飲上桌前就已經結了一些水珠在碗的表面,或是 桌面上還殘留著前一位客人享用冷飲冰甜點時流下來的凝結水窪(這在冰店裡應該很常見),所以當裝滿的碗放到桌上時,水可能會在碗幾乎碰到桌子表面時就把兩者之間的縫隙封起來(表面張力的緣故),於是碗底凹槽的空氣其實是比凹槽的容量稍多的,只不過是被上頭裝滿冰品的碗壓在桌上。

但是,一旦碗裡的冰品冷飲慢慢的變少,底下的空氣壓力或許就足以把碗稍微抬高,於是碗也就在桌面上滑動了。又或者,當碗裡的冰品冷飲慢慢減少的時候,本來被降溫的碗底空氣也許也漸漸的回溫,於是體積膨脹也就有更多的力量把碗推高讓碗滑動了。也因此,我大膽的猜測冷飲冰品店裡的碗如果會滑動,應該都是在吃到一半或是快吃完甚至是吃完以後才會有滑動的現象,跟湯湯水水熱食的碗多半在剛上桌不久就滑動的情形是不一樣的。

當然,這些都是我自己的觀察得到的推論和說法。如果各位可以親自實驗並且確認或發現不同的因素,那才是科學怎麼搞所期望達到的真正效果。

不過,記得吃飽了再來做實驗哩。

關於作者

亦德

也許永遠無法自稱學者,但總是一直努力學著