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科學寶可夢 #25 皮卡丘:小智身旁的不定時炸彈

Rock Sun
・2016/10/20 ・2600字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 521 ・七年級

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!國外玩家建立了這個 Scientific Pokedex 網站,來跟大家分析這些寶可夢們是如何使用科學力來戰鬥的。

每個星期跟著 R 編一起來上一門訓練師的科學課吧!

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超來電小倉鼠  #25 皮卡丘

皮卡丘之於寶可夢世界就像米老鼠之於迪士尼(乁~都是老鼠?),身為圖鑑上第一隻遇到的電氣系神奇寶貝,牠的內容可說是煥然一新,充滿各種對「電」特別敘述和幻想。例如:

幾隻皮卡丘湊在一起可以造成閃電風暴」(紅、藍、葉綠版)

靠牠的尾巴偵測四周,閃電有時候會打到尾巴」(銀、魂銀、X 版)

很聰明,會用電烤熟漿果讓它更好吃」(金、心金版)

看起來任何一個圖鑑中的敘述,都是真實世界的電、磁真的有可能辦到的事(註1)。在寶可夢世界中,皮卡丘能夠控制從微弱到強大的電力,但與我們的主人翁小智日常生活最相關的大概是這個敘述:

兩頰儲存電力,當睡覺的時候會充電,起來時昏昏沉沉有時候會有電力釋放」(註2)。

我沒記錯的話,皮卡丘似乎都是在小智的懷中(或附近)睡覺的,如果牠平時就電力超群,而且特別在這種時候無法控制電力釋放的話,小智有沒有可能有生命危險呢?

(圖/Giphy)
那這會不會是便秘的時候……。圖/Giphy

擁有儲存電力功能的物品,如皮卡丘的臉頰,被稱為電容器,在現在的電路系統中很常見。討論一個電容器的電容率大小,類似於討論彈簧的彈性係數會因為彈簧本身材質等條件而有不同,電容大小也會因電容器而異,跟材料、填充率、兩片電極之間遠近都有關。

電容(C)單位為法拉,1 法拉的電容器,在正常操作範圍內,每增加 1 伏特的電壓可以多儲存 1 庫侖的電荷。電容可由以下得知

C = q/V (q 為電極板上的電荷,單位為庫侖;V 為之間的電壓,單位為伏特)(註3)

要計算皮卡丘的電容,現在我們需要知道的是該以牠的哪個放電現象做為最強的基準?

在綠寶石版的圖鑑中有這麼一句話:「皮卡丘臉頰儲存的電力可以依程度放出來,差不多等於閃電的電力。」好~那我們就把閃電的強度當作基準吧!

在空氣中,一公尺內產生 100 萬伏特以上的電場時,就會開始產生電弧(electric arc),大氣中的連續釋放的強大電弧就是閃電(註4)

(圖/http://www.lightningsafety.noaa.gov/)
閃電伴隨導閃打下來的狀況。圖/NOAA

如果皮卡丘釋放的就是整串的電弧,所需時間跟閃電一樣僅 0.2 秒,一般的閃電電量為 15 庫倫,較強力的閃電甚至可以達到 350 庫倫(註5),而電壓介於 1000 萬到 1 億伏特,如果我們取最強的閃電數據,帶入上面的公式做計算。

假設皮卡丘的臉頰純存了最強大的閃電,他的電容將為 3.5 (10-6法拉

這其實算是相當合理的數字,一般常見或時常使用的電路中,電容大小通常都是在微法拉的範圍內,所以皮卡丘並沒有特別誇張。硬要比較的話,人體的電容為 400 微微(10-12)法拉

圖鑑中表示皮卡丘藉由睡覺來充電,在這樣的情況下能充電的來源只有一個——靜電,就像用氣球摩擦頭髮一樣,甚至閃電本身就是大氣中的靜電釋放。

靜電力的釋放,也就是皮卡丘的大部分絕招可以用一下公式得到

E = C V2/2(E 為能量,單位為焦耳)

如果要使出名副其實的閃電,能量將為 35,000,000,000 焦耳(350 億焦耳)。

(圖/ Bulbapedia)
圖/ Bulbapedia

雖然圖鑑上說大部分的皮卡丘可以控制自己的電流釋放,不過如果這電力屬實,那一隻皮卡丘就相當危險了,350 億焦耳的能量差不多等於 8.37 噸黃色炸藥,如果幾隻皮卡丘聚在一起別說閃電風暴了,大概森林都沒了。(註6)

想來每一個晚上小智抱著皮卡丘睡覺時,一定心裡在默默祈禱,希望他的好夥伴有一個好夢,要不然明天早上地上不是一具焦屍,就是一個巨大的彈坑……

(圖/http://www.aircraftsp.com)
我不能睡~圖/http://www.aircraftsp.com

編註:

  1. 和其他討論過的神奇寶貝相比,皮卡丘的圖鑑內容獨特性真的很高,22 個圖鑑版本中有 11 種不同的敘述。其他很有趣的還有紅寶石版「當皮卡丘遇上新東西時,先用電流電一下再說。如果你看到焦黑的漿果,表示有皮卡丘沒拿捏好電力」;白金、黑、白版「可以幫其他身體虛弱的皮卡丘充電」……等,但還是比較多聚焦在他們的臉頰上,如生氣會放電、如果有火花你要小心之類的,我還是很想知道為什麼要是紅色的?
  2. 這讓我很好奇,如果皮卡丘睡覺抽筋會怎樣?抽筋有時是身體內神經傳導電流稍微短路,使肌肉不正常收縮的現象,如果皮卡丘睡覺睡到抽筋,他們會不會開始亂放電一通?如果顏面麻痺呢?真好奇~
  3. 這裡 Scientific Pokemon 是用兩個導體間的自電容來做計算,但從觀察來看,皮卡丘的電容器就是牠的臉頰,這形狀應該是比較接近球形或圓盤。
  4. 閃電打下來前,會經由一個叫做 Step Leader 的導閃引導,整個過程可以想像成一個直徑 60 公尺的大圓球在大氣中不斷偵測有接地或耗能最少的傳導途徑,等確定位置之後閃電再循著路徑打下來,整過過程到命中地上(或是其他東西)在幾毫秒內就會完成。
  5. 若導線中載有 1 安培的穩定電流,在 1 秒內通過導線橫截面積的電量為 1 庫侖({\displaystyle 1C=1A\cdot s}),一般我們摩擦東西產生靜電的電量只有微庫倫尺度而已,所以皮卡丘應該要睡很~久才能達到文章中的程度。
  6. 如果這個能量能用在能源上不知道會如何?有興趣的人可以參考 PTT 的「要多少隻皮卡丘才能供應台灣所有電力?

參考資料:

  1. Scientific Pokemon
  2. National Weather Service Lightning Safety Home Page
  3. Wikipedia (電容庫倫閃電炸藥當量
  4. Pokemon Database

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Rock Sun
62 篇文章 ・ 430 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


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「你不要過來啊!」蜘蛛為了在交配中保命,竟然把自己給射出去了!

Peggy Sha
・2022/05/18 ・1686字 ・閱讀時間約 3 分鐘

自然界中,充滿了不少為了交配而「慷慨赴義」的勇者,像是:螳螂、蜘蛛等等,在激戰中或激戰後,雄性會變成配偶的盤中飧,如此一來,不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!(讓我們感謝飛天小爸爸的努力!)

「性食同類」不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!圖/Pixabay

這種現象呢,被稱之為「性食同類」(sexual cannibalism),通常是雌性吃掉雄性的比例稍微高一些。

但正如俗話所說,「生命會自己找到出口」,竟然有雄性蜘蛛靠著把自己「射」出去來保下一命!今天,就要來為你講述,隆背菲蛛(Philoponella prominens)的噴射故事。

交配到一半就彈出去了?超離奇高速彈射之謎!

這次的主角隆背菲蛛呢,是一種原產於日本、韓國等地的社會性動物,過去驚人的成就包括:能夠一次聚集 300 多隻同伴,共同編織出一片大網。

至於牠們超強的彈射能力又是如何被發現的?原先,來自湖北大學的張士昶副教授與團隊正在研究隆背菲蛛的性行為,卻忽然發現了一個超離奇現象:完成交配之後,雄蛛居然會猛然彈開,「biu」地一下就飛得老遠!

這驚人的過程可說是快到不可思議,最高紀錄達到一秒 88.2 公分,別說是肉眼,就連普通相機都沒辦法正確紀錄下細節。

這個現象立刻引發了研究團隊的好奇心,那麼接下來該怎麼辦呢?當然是:交配大戰看起來!

射,還是不射?這是個攸關性命的問題!

為了進行研究,團隊總共觀察了 155 次交配行為,並在其中 152 次中觀察到了這種超高速的彈射情形。你可能會很好奇,那剩下的 3 次呢?嗯……那 3 隻隆背菲蛛沒有成功彈射出去,交配後就成了配偶的大餐了。

什麼?沒彈掉就會被吃掉?這究竟是巧合還是命運的安排?

研究人員決定出手人為干預一下,他們選了 30 隻隆背菲蛛,然後想辦法阻止牠們彈射,結果發現:「彈射=保命」,要是你射不出去,那你就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的晚餐。

要是隆背菲蛛彈射失敗,那就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的營養來源。圖/Pixabay

相反地,如果成功彈出去了,那麼,你不但可以保命,也多了再次交配的機會。嘿,沒錯,牠們彈出去後還會再爬回來交配,再彈、再爬、再交配,就如此反反覆覆。(當然啦,有時也會在過程中不小心弄掉一些身體部位,比如一兩支步足。)

想要成功噴射,你需要一對強壯的步足!

至於為何隆背菲蛛能變成這樣的飛天小蜘蛛呢?秘密就藏在牠們的步足中。研究團隊發現,雄蛛們會將第一對步足抵在雌蛛身上,一旦交配完成,就用力蹬腳彈射出去。

根據實驗,科學家們發現這對步足可說是噴射與交配關鍵,少了一支都不行,只要沒有這對秘密武器,雄蛛只會停留在求偶階段,但不會真的跟雌蛛交配。但如果掉的是其他幾支腳,那可完全不會影響交配過程,還是能順利完成生育大計。

而這對秘密武器最強大的地方,其實是來自液壓;只要蜘蛛擠壓胸部的肌肉,便可以將其中的體液注入特定關節(tibia–metatarsus joint),透過液壓來伸直步足、產生彈力。

沒想到吧?為了在交配中保命,隆背菲蛛還得運用到流體力學,是不是很有趣呢?

參考資料:

Male spiders avoid sexual cannibalism with a catapult mechanism: Current Biology
These male spiders catapult away to avoid being cannibalized after sex
Watch These Male Spiders Jump Like Hell to Avoid Being Eaten After Sex
This Male Spider Catapults Itself Into the Air to Avoid Sexual Cannibalism | Science| Smithsonian Magazine
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Peggy Sha
9 篇文章 ・ 7 位粉絲
曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。