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科學寶可夢 #94 耿鬼:為了生命嚇人的中二鬼

Rock Sun
・2016/11/05 ・2308字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 455 ・五年級

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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。

每個星期周末跟著 R 編一起來上一門訓練師的科學課吧!

原來你是冷血動物 #94 耿鬼

(圖/Pokémon Wiki - Wikia)
圖/Pokémon Wiki – Wikia

雖然稍晚了一點,但我相信現在大家手上多少都有耿鬼了吧~就算沒有大概也有許多鬼斯,正朝著進化出耿鬼邁出一大步。今天就稍微跳號一下,從上一次的28 號穿山王,跳到耿鬼吧!因為耿鬼可是有一個相當有趣的特性呢。

在寶可夢圖鑑中,耿鬼與影子密不可分,他最喜歡做的事似乎就是藏在影子中,不管是要偷襲、嚇人還是詛咒別人(註1)。

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其中在所有的敘述中,有這麼一段敘述:

「耿鬼會躲在影子裡面,當他正在躲藏的時候,四周的溫度會下降華氏 10 度(攝氏 5.56 度)」(鑽石、X 版)

我相信再遲鈍的人都能感覺到,攝氏 30 度的大熱天突然變成涼爽的 25 度。

那麼耿鬼是怎麼辦到的?他為什麼這麼做?不做會死是不是?還是他只是中二病發?

(圖/Giphy)
圖/Giphy

熱量的傳輸首先必須遵守能量守恆。能量一定是定值,不會平白無故消失,不管是轉換成熱、聲音、力……,有東西放熱必定有東西吸熱,進而影響溫度。

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我們用來討論熱能與溫度變化的公式如下,相信有讀過高中的人都很了解:

耿鬼eq1

其中 Q 是熱能(單位:焦耳),m 是物體質量,c 是比熱,Tf、Ti 分別代表物體的最終與起始溫度。

現在假設我們和耿鬼待在同一個房間裡,這個房間約為 5 公尺 x 5 公尺 x 5 公尺(註2)。我們一開始感覺不到耿鬼,但開始空虛寂寞覺得冷,周遭的溫度開始下降,熱量開始被耿鬼吸收了。

Q耿 = – Q房內空氣

M耿 c耿(Tf耿 – Ti耿)= -M空氣 c空氣(Tf空氣 – Ti空氣)

這些數值絕大部份我們都能找到,例如:

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空氣的溫度變化:Tf空氣– Ti空氣 = -5.56 ℃

空氣比熱:1.012 J/gc

空氣質量:125 立方公尺的空氣質量差不多 150,000 公克

而耿鬼的體重圖鑑中有紀錄(40.5 公斤,40,500 公克),至於他的比熱呢?身高 150 公分、體重 40.5 公斤的耿鬼已經不像他空氣般的晚輩鬼斯和鬼斯通一樣(註3),挺著一個大肚皮,比較像是一個有血有肉的動物了(這個進化過程讓人匪夷所思……)。雖然耿鬼還是叫「鬼」,但我們就暫時大膽假設他的比熱和動物組織一樣為 3.5 J/gc。(說不定是一個類似牛頭馬面一般的存在呢)

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你們到底是不是鬼啊(圖/Giphy)
你們到底是不是鬼啊???圖/Giphy

不管怎樣,我們就是無法查到剩下的兩個參數:耿鬼的初始體溫和最終體溫,也很難從它的物理特性推斷,所以這裡,把這兩個數字合併稱為「耿鬼的體溫變化、ΔT耿」,我們先盡力求出他的體溫變化。

所以把計算式稍微變化一下:

ΔT耿= (-M空氣 c空氣(Tf空氣 – Ti空氣))/ M耿 c耿

= (-150,000 (g) x 1.012 (J/g℃) x -5.56 (℃)) / 40,500(g) x 3.5 (J/g℃)

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=5.95℃

所以當耿鬼出現在房間裡的時候,房間氣溫降了 5.56 ℃,而耿鬼本身體溫升高了 5.95 ℃。

注意一下圖鑑中敘述是說當這發生在耿鬼在「躲藏」的時候,代表說他不能變的比室溫更熱或更冷(註4),不然他就露餡了。所以耿鬼在把一個室溫 25℃ 的房間降低到 19.44℃ 時,他的體溫從 13.49℃ 升高到了室溫。

(圖/Giphy)
圖/Giphy

13.49 ℃ 也是個相當低的體溫,可想而知耿鬼一定是從氣體進化而來的變溫動物,如果真的是這樣的話,吸收房間內的熱量只不過是他維持生命的一部分日常罷了,就像蜥蜴曬太陽一樣,如果耿果沒有打算要加害你的話,就讓他把室溫變冷吧!如果他跳出來嚇你或攻擊你的話,大概只是好不容易身體有足夠的熱量,想要做點正經事而已吧(註5)……..

編註:

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  1. 例如「滿月時會躲在人的影子中,譏笑那些被嚇到的人」、「試圖偷走別人的生命,會躲在影子中伺機而動」、「晚上如果聽到笑聲,就是耿鬼要詛咒你」、「如果路燈的影子搖晃了一下,就是耿鬼正好經過」、「如果你打了一個寒顫,大概是耿鬼正好出現」……等,真不知道他到底是要奪去熱量還是生命,如果兩個都要達成的話,耿鬼應該要被歸類為冰凍系寶可夢。
  2. 當然我們可以假設大一點或小一點,原文中是以 10 x 10 x 5 立方公尺做為假設,但我覺得太大了~ 那麼為什麼改成 5 公尺立方體呢?大家仔細看 Pokémon GO 新的載入畫面,玩家對面馬路上有耿鬼那個,如果那個距離剛好是耿鬼要降溫、偷襲你的距離,我們可以用馬路的寬度做個比較,那條看起像單行道,台灣的單行道寬度為 2.5~3 公尺,而玩家和耿鬼在兩邊的人行道,假設人行道為 1 公尺,那麼假設 5 公尺很合理吧~
  3. 鬼斯 1.3 公尺……高?長?直徑?算了…..100 公克重;鬼斯通 1.6 公尺長,一樣 100 克重,相當標準的氣體體質,真不知道他的舌頭和眼淚哪裡來的。進化之後就變成一個國小胖屁孩,難不成是核融合??
  4. 如果大家夠機伶的話,可以在變冷的瞬間循著溫度變化跑去抱住耿鬼,應該會感到一股暖意。
  5. 就算是變溫動物,體溫也很少將到 20 度以下,但耿鬼很明顯還是活蹦亂跳的;如果換個方向想,如果耿鬼是個以不知道形式運作的恆溫動物的話,他應該也會因為體溫瞬間變化而住院吧~

參考資料:

  1. Scientific Pokedex
  2. Pokemon Database
  3. Wikipedia (體溫、熱平衡、冷血動物)
  4. Warm and Cold Blooded
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文章難易度
Rock Sun
64 篇文章 ・ 1034 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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不是不會髒,而是更難沾:耐污馬桶的表面科學
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/09/22 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 Panasonic 合作,泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享,不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上,「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水,但過不了幾天,馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑,甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢(黏質沙雷氏菌)。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」,讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看,世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制,並非打造完全不沾染髒污的材質,而是調整表面的物理與化學屬性,使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力,透過日常水流沖刷,便能輕易地將髒污帶走。

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為什麼污垢「黏不住」? 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」,我們得先像偵探一樣,拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇:

  1. 水垢與礦物沉積*1:我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時,這些離子會逐漸結晶析出,變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
  2. 生物膜與有機物*2:包含尿液中的無機鹽、油脂殘留,以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物,所組成的黏滑防禦大本營。
關鍵不是沖水,而是「這些污垢如何抓住表面」

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」,前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼,材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢?答案就藏在「表面能(Surface Energy)」與「濕潤性(Wettability)」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時,水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠,還是迅速攤平開來?這取決於表面的特性:

  • 疏水路線(Hydrophobic)*1:具備低表面能的疏水表面,能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠,當水珠滾動滑落時,就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走,這就是著名的「自清潔效應」。
  • 親水路線(Hydrophilic / Superhydrophilic)*2:相反地,極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子,在材料最外層形成一層薄薄的「水化層(Hydration Layer)」。這層水化層就像是實體的液體盾牌,讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底,只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻:傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆,髒污就像攀岩者,需要找到落腳點並用力撐住才能攀附;而我們做的是抽掉把手點,或是在把手上塗上潤滑油,讓髒污找不到施力點,自然難以停留。

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材料科學的核心:想辦法讓污垢「抓不住」

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢,下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢,在微生物學中被稱為「生物膜(Biofilm)」。細菌並不是孤立生長的,當單顆細菌落在表面後,如果覺得環境舒適,它就會開始分泌胞外聚合物(EPS),這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起,並築起堅固的防禦堡壘,這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出,要阻止生物膜形成,除了化學上的抗菌,材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論(Attachment Point Theory)」:

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  1. 粗糙與微孔洞表面:如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞,細菌(體積通常約 1 到 3 微米)就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點,還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
  2. 極致平滑與微結構表面:相反地,如果材料表面做到極致平滑,完全沒有微米級的缺陷;或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構,細菌的足跡構造(如鞭毛或纖毛)就無法在表面找到穩固的「接觸附著點(Contact Points)」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時,它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外,現代衛浴結構在設計時,也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角,等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

阻止細菌、生物膜找不到「落腳點」

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何,我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系:【材料層(低附著力)】+【結構層(無縫平滑)】+【動態流體層(泡沫與水流剪切力)】= 高效清潔!

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例,就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表:

1. 材料層:有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」(以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料,這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩)。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性,水滴不易長時間攤平停留;材質堅固、不易破裂,耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試,這種素材配合泡沫洗淨,在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌,從源頭阻斷細菌定殖。

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2. 結構層:無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上,A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計,減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫,並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計:

  • 泡沫防護:在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層,有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺;
  • 外圍防護:馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔,防止液體延著外壁滴落至地板;
  • 測漏防護:便座與馬桶本體採用不外露的防護設計,避免液體從縫隙飛濺滲漏。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶

3. 動態流體層:雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時,A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污,再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙,徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著,配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」,利用旋轉產生的流體剪切力,一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外,Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技,釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污,維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆,但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計,到微觀幾何的附著點控制,再到流體力學的水流沖刷,一座現代抗污馬桶的演進,縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而,A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破,展示了材料科學的另一種聰明思維:不靠強酸強鹼硬打,而是透過物理與化學邏輯,將「污垢固著」的機率降到最低。

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當材料科學與現代衛浴技術結合,刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持,我們得以從繁重的家務勞動中解放,享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文:A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文:Brushing up functional materials

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賽道上高溫與摩擦的平衡!賽車最重要的配件「剎車」——《黏黏滑滑》
晨星出版
・2023/01/06 ・3272字 ・閱讀時間約 6 分鐘

溫度影響剎車的抓力

雖然似乎有點違背直覺,但是煞車是高速駕駛不可或缺的一環。不管是在哪個賽車場,駕駛的目標之一就是保持在賽道的最佳路徑(racingline)—繞行賽道的最短路徑。所以駕駛過彎時不會沿著急轉彎處長長的外彎道前進,而是「夾著」彎道的內側,稱為彎頂點(apex,即過彎路線中最接近彎道內側的點)的地方,以將他們必須行駛的距離縮到最短。

這麼做需要非常精準的煞車:要在剛剛好的時間對煞車踏板施予剛剛好的壓力。當他們辦到時,駕駛就會出現在賽道轉彎處的絕佳位置,且依然帶有征服下一段賽程所需的速度。但是這樣的開車方式會耗損煞車;而且有些賽道沒什麼機會可以讓煞車冷卻。

以世界知名的摩納哥街賽道來說。雖然僅長3.34 公里(2 哩多),是F1 賽程中最短的賽道,但是卻必須不斷踩煞車和加速。煞車製造商布雷博(Brembo)指出,2019 年賽季中,駕駛們每一圈使用煞車 18.5 秒,多過總賽程的四分之一。

在需求最高的轉彎處,汽車要在不到 2.5 秒的時間內將時速從 297 公里(185 哩)減至 89 公里(55 哩);這會將大量動能快速轉換成熱能,難怪煞車碟盤會冒出火花。為了要負荷這樣龐大的熱負載,製造商在每個煞車碟盤的邊緣鑽入細小的徑向孔—數量超過 1000 個。

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這樣的小孔可以增加煞車碟盤的表面積,比較容易散熱。但是也具有通氣孔的功能。與安裝在各個輪框上的大型冷卻管相結合時,可以把冷空氣拉入煞車碟盤中心,把熱空氣從邊緣帶走。還有個額外優點,這些F1 煞車碟盤相當輕,重量約各為1 公斤(2.2 磅),相較之下,差不多大小的鑄鐵煞車碟盤則為 15 公斤(33 磅) 。

所以為什麼不全面使用這種煞車碟盤呢?有個原因是價格—每片煞車碟盤可能要價高達 2000 美元(約 1500 英鎊) ,而且要六個月的時間才能製成。它們也不太耐久,通常每次比賽後就得更換。最後,它們受限於一定的工作溫度,只能處於 350 ∼ 1000℃。

低於溫度下限時,它們幾乎不具有停止能力—煞車片與煞車碟盤無法產生足夠的抓力。但是如果煞車的溫度高於上限值太久,則會災難性地失靈。如馬歇爾對我描述的,「彷彿在踩縫紉機。當這種狀況發生時,煞車碟盤耗盡『材料』的速度有多快,簡直難以置信。」

科技有助於車隊和駕駛控制他們的煞車,但是就跟 F1 的大部分狀況一樣,沒那麼簡單。冷卻管的大小與形狀可控制流經煞車碟盤的空氣量,所以你可以想像管子愈粗愈好。

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但是如 F1 傳奇工程師帕特.西蒙茲(PatSymonds)告訴《賽車工程》(Racecar Engineering)雜誌的,冷卻有其後果:「遇到像蒙特羅這樣需要一直踩煞車的賽道,我們被迫使用一些該賽季最粗的管子。從最細的冷卻管換到最粗的冷卻管,會犧牲 1.5%的空氣動力學效率,這代表最高速度時速會減少 1 公里。」

我可以想像這會引發車隊的煞車工程師與他們的空氣動力學家爭辯。就連測量煞車配件的溫度都不容易。馬歇爾告訴我,在奧斯頓馬丁 F1 車隊中,他們會在煞車片的安裝托架中埋入高溫的熱電偶,和一系列直接朝向煞車碟盤的遠紅外線感測器。電視轉播賽事時偶爾會出現的彩色熱影像,主要是為了給我們這些觀眾看—顯示出他們建議的最高溫度。

剎車片的抓力在彎道時高速剎車時至關重要。圖/envatoelements

摩擦介面與溫度控制

煞車片與煞車碟盤之間還有另一個重要的過程是磨耗。所有滑動與摩擦都會對兩個表面造成實質傷害;每次煞車作動,兩者都會有微粒破裂。在煞車系統的使用期間,這會逐漸降低材料的摩擦係數—換句話說,會失去它們的抓力。

但這不只是因為彼此的表面被「磨光」,或是失去黏性。磨耗也會形成摩擦膜(tribofilm)這種東西—煞車片與煞車碟盤相接觸時壓碎的一層非常薄的細粒狀材料。「談到磨耗與摩擦力,摩擦膜非常有影響力,」英國里茲大學(University of Leeds)的沙赫里爾.柯沙利(Shahriar Kosarieh)說。

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「我們把這層膜視為『第三體』,因為儘管它是由互相滑動的那兩種材料製成,其化學與機械性質還是與那兩種材料不同。」關注各式各樣市售鑄鐵煞車片的德國研究人員發現,無論煞車片是什麼材質,形成的摩擦膜總是會受到氧化鐵(Fe3O4)控制,其他成分的影響力則相當微弱。

「摩擦膜會控制散熱,且能減少摩擦力—它會主導性能,」柯沙利繼續說道。「煞車製造商很清楚這一點,調配自己的煞車片配方時會考量這一點。煞車片與煞車碟盤要互相搭配,才能產生最佳性能。只要你更動了任一個材料,就會改變界面產生的結果。」

柯沙利最近的研究關注鑄鐵煞車碟盤輕量替代物的摩擦表現,這些輕量煞車碟盤主要都是鋁製。不只有他這麼做—整個汽車產業都對減輕重量很執著,主要是因為汽車的重量愈輕,消耗的燃料就愈少,環境影響也愈少。目前是以鋁為主流。

「那是一種低密度金屬,約比灰鑄鐵(grey cast iron)還低 2.5 倍,所以減輕重量的可能性很高,」他跟我在電話中閒聊。「鋁的導熱性也很高,在表面形成的氧化物也具有一些防蝕效果。」把鋁合金與碳化矽等硬質陶瓷材料結合也能提升其強度。

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「但是鋁的問題在於當溫度高於400℃時會開始熔化。就煞車而言,這代表摩擦力突然銳減,也是你能想像最糟的狀況。所以更加促使工程師更努力找出方法,既能讓表面有比較好的熱穩定性,使用壽命又能更持久。」

工程師致力於找出剎車在溫度與磨損上的平衡。圖/envatoelements

對柯沙利而言,最有意思的其中一種方法是電漿電解氧化(plasmaelectrolytic oxidation, PEO),這是用一個電場在鋁的表面形成一層複雜又高度耐磨的薄層。當他測試各種不同以電漿電解氧化處理過的鋁盤性能時,發現有些可以撐過約 550℃。不過,許多案例的摩擦係數太低—低於實際煞車系統所需的最低閾值。

柯沙利並不洩氣。「煞車是整個系統一起作動。如果你拿到一個新的煞車碟盤,那你也需要把對位碟盤調整到最佳狀態。製造商設計出專供電漿電解氧化塗層煞車碟盤使用的新煞車片配方。」我只找到幾篇已發表的研究,結合了電漿電解氧化煞車碟盤與這些新的摩擦片,但是結果看起來大有希望。輕量的鋁製煞車在未來的道路車輛上可能有機會亮相。

F1 在 1970 年代晚期為它們的煞車碟盤和煞車片找到了不同的解決方法,從那時候起就沿用至今:一種稱為碳-碳(carbon-carbon)的材料,在石墨基質裡包埋高度有序的碳纖維。其散熱效果非常好,所以也用在太空梭上。雖然它聽起來可能跟F1 賽車底盤用的碳纖維很類似,但其實是非常不一樣的猛獸。

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製造碳-碳很緩慢且複雜,此材料是由原子薄層堆疊成層。它在摩擦力方面勝出,提供的抓力比傳統煞車配件高 2 倍(在其理想工作溫度範圍內)。但是那並非魔法。在競速的壓力之下,這種材料終究會磨耗殆盡,部分是由於摩擦,但也有化學方面的因素。溫度上升時,碳-碳會與空氣中的氧氣產生反應,而氧氣會提高其劣化程度。你有時候會看到F1 駕駛大力踩煞車時冒出黑塵,這就是原因。

藉由感測器數據調整剎車系統

這個過程代表車隊需要監測的煞車項目不只是溫度。馬歇爾跟我說,他們會使用壓力感測器留意流經管子的氣流。他們也有針對磨耗的電子感測器,可以測量胎側的活動。

「我們使用這些儀器測量煞車片還能接觸煞車碟盤多久。由此可以推論總磨耗程度—也就是煞車片與煞車碟盤的磨耗總和。」為了推算總磨耗比例與煞車片的關係,以及對煞車碟盤的磨耗程度,車隊會把感測器數據對照以往試駕和賽事所蒐集的煞車數據。

「我們可以從所有資料中追溯比賽時的磨耗速率。如果太快,我們可以調整煞車平衡,以免磨耗最高的車輛壽終正寢,或可以請駕駛找一些乾淨的空氣冷卻煞車。」不管怎麼做,目標都是確保駕駛在需要的時間和地點擁有阻擋能力。任一賽季都會面臨數以千計的彎道,這些系統,當然還有駕駛,都表現卓越。

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——本文摘自《黏黏滑滑》,2022 年 11 月,晨星出版,未經同意請勿轉載

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科學寶可夢 #94 耿鬼:為了生命嚇人的中二鬼
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原來你是冷血動物 #94 耿鬼

(圖/Pokémon Wiki - Wikia)
圖/Pokémon Wiki – Wikia

雖然稍晚了一點,但我相信現在大家手上多少都有耿鬼了吧~就算沒有大概也有許多鬼斯,正朝著進化出耿鬼邁出一大步。今天就稍微跳號一下,從上一次的28 號穿山王,跳到耿鬼吧!因為耿鬼可是有一個相當有趣的特性呢。

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其中在所有的敘述中,有這麼一段敘述:

「耿鬼會躲在影子裡面,當他正在躲藏的時候,四周的溫度會下降華氏 10 度(攝氏 5.56 度)」(鑽石、X 版)

我相信再遲鈍的人都能感覺到,攝氏 30 度的大熱天突然變成涼爽的 25 度。

那麼耿鬼是怎麼辦到的?他為什麼這麼做?不做會死是不是?還是他只是中二病發?

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圖/Giphy

熱量的傳輸首先必須遵守能量守恆。能量一定是定值,不會平白無故消失,不管是轉換成熱、聲音、力……,有東西放熱必定有東西吸熱,進而影響溫度。

我們用來討論熱能與溫度變化的公式如下,相信有讀過高中的人都很了解:

耿鬼eq1

其中 Q 是熱能(單位:焦耳),m 是物體質量,c 是比熱,Tf、Ti 分別代表物體的最終與起始溫度。

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現在假設我們和耿鬼待在同一個房間裡,這個房間約為 5 公尺 x 5 公尺 x 5 公尺(註2)。我們一開始感覺不到耿鬼,但開始空虛寂寞覺得冷,周遭的溫度開始下降,熱量開始被耿鬼吸收了。

Q耿 = – Q房內空氣

M耿 c耿(Tf耿 – Ti耿)= -M空氣 c空氣(Tf空氣 – Ti空氣)

這些數值絕大部份我們都能找到,例如:

空氣的溫度變化:Tf空氣– Ti空氣 = -5.56 ℃

空氣比熱:1.012 J/gc

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空氣質量:125 立方公尺的空氣質量差不多 150,000 公克

而耿鬼的體重圖鑑中有紀錄(40.5 公斤,40,500 公克),至於他的比熱呢?身高 150 公分、體重 40.5 公斤的耿鬼已經不像他空氣般的晚輩鬼斯和鬼斯通一樣(註3),挺著一個大肚皮,比較像是一個有血有肉的動物了(這個進化過程讓人匪夷所思……)。雖然耿鬼還是叫「鬼」,但我們就暫時大膽假設他的比熱和動物組織一樣為 3.5 J/gc。(說不定是一個類似牛頭馬面一般的存在呢)

你們到底是不是鬼啊(圖/Giphy)
你們到底是不是鬼啊???圖/Giphy

不管怎樣,我們就是無法查到剩下的兩個參數:耿鬼的初始體溫和最終體溫,也很難從它的物理特性推斷,所以這裡,把這兩個數字合併稱為「耿鬼的體溫變化、ΔT耿」,我們先盡力求出他的體溫變化。

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所以把計算式稍微變化一下:

ΔT耿= (-M空氣 c空氣(Tf空氣 – Ti空氣))/ M耿 c耿

= (-150,000 (g) x 1.012 (J/g℃) x -5.56 (℃)) / 40,500(g) x 3.5 (J/g℃)

=5.95℃

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所以當耿鬼出現在房間裡的時候,房間氣溫降了 5.56 ℃,而耿鬼本身體溫升高了 5.95 ℃。

注意一下圖鑑中敘述是說當這發生在耿鬼在「躲藏」的時候,代表說他不能變的比室溫更熱或更冷(註4),不然他就露餡了。所以耿鬼在把一個室溫 25℃ 的房間降低到 19.44℃ 時,他的體溫從 13.49℃ 升高到了室溫。

(圖/Giphy)
圖/Giphy

13.49 ℃ 也是個相當低的體溫,可想而知耿鬼一定是從氣體進化而來的變溫動物,如果真的是這樣的話,吸收房間內的熱量只不過是他維持生命的一部分日常罷了,就像蜥蜴曬太陽一樣,如果耿果沒有打算要加害你的話,就讓他把室溫變冷吧!如果他跳出來嚇你或攻擊你的話,大概只是好不容易身體有足夠的熱量,想要做點正經事而已吧(註5)……..

編註:

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  1. 例如「滿月時會躲在人的影子中,譏笑那些被嚇到的人」、「試圖偷走別人的生命,會躲在影子中伺機而動」、「晚上如果聽到笑聲,就是耿鬼要詛咒你」、「如果路燈的影子搖晃了一下,就是耿鬼正好經過」、「如果你打了一個寒顫,大概是耿鬼正好出現」……等,真不知道他到底是要奪去熱量還是生命,如果兩個都要達成的話,耿鬼應該要被歸類為冰凍系寶可夢。
  2. 當然我們可以假設大一點或小一點,原文中是以 10 x 10 x 5 立方公尺做為假設,但我覺得太大了~ 那麼為什麼改成 5 公尺立方體呢?大家仔細看 Pokémon GO 新的載入畫面,玩家對面馬路上有耿鬼那個,如果那個距離剛好是耿鬼要降溫、偷襲你的距離,我們可以用馬路的寬度做個比較,那條看起像單行道,台灣的單行道寬度為 2.5~3 公尺,而玩家和耿鬼在兩邊的人行道,假設人行道為 1 公尺,那麼假設 5 公尺很合理吧~
  3. 鬼斯 1.3 公尺……高?長?直徑?算了…..100 公克重;鬼斯通 1.6 公尺長,一樣 100 克重,相當標準的氣體體質,真不知道他的舌頭和眼淚哪裡來的。進化之後就變成一個國小胖屁孩,難不成是核融合??
  4. 如果大家夠機伶的話,可以在變冷的瞬間循著溫度變化跑去抱住耿鬼,應該會感到一股暖意。
  5. 就算是變溫動物,體溫也很少將到 20 度以下,但耿鬼很明顯還是活蹦亂跳的;如果換個方向想,如果耿鬼是個以不知道形式運作的恆溫動物的話,他應該也會因為體溫瞬間變化而住院吧~

參考資料:

  1. Scientific Pokedex
  2. Pokemon Database
  3. Wikipedia (體溫、熱平衡、冷血動物)
  4. Warm and Cold Blooded
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文章難易度
Rock Sun
64 篇文章 ・ 1034 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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【科學寶可夢】朱/紫中的骨紋巨聲鱷 & 狂歡浪舞鴨:一個締造火焰新紀錄、一個用腳踢破音速
Rock Sun
・2022/12/23 ・3135字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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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!跟著泛科空想寫手 Rock 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的戰鬥是多麼的「科學」。

骨紋巨聲鱷:火焰溫度新紀錄

Skeledirge - WikiDex, la enciclopedia Pokémon
圖/Bulbapedia

啊~火焰!

幻想世界中骨灰級的攻擊武器,也是空想科學寫作時常遇到的對手。

在過去的【科學寶可夢】中,火焰已經不是第一次出現了。第二篇關於噴火龍的科學中就有稍微提到,後來因為鴨嘴火龍和火伊布的圖鑑敘述都有提到他們火焰的溫度,所以在同一篇一起分析過,但那已經是第一世代寶可夢的事了~ 現在圖鑑都來到 900 號了,事情果然很不一樣。

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「溫柔的歌聲能治癒聽者的靈魂,會使用攝氏 3000 度的火焰把敵人燒成灰燼。」——骨紋巨聲鱷紫版敘述註1

骨紋巨聲鱷的敘述很直接,就是直接說出了牠噴出的火焰溫度,這簡直是一個福音,這樣我們就不需要到處拼湊,可以直接地將這個數字與過去的幾個得到的火焰溫度做比較。

噴火龍:至少 1400 ℃

鴨嘴火龍:1200 ℃

火伊布:1650 ℃

火爆獸:800℃

骨紋巨聲鱷:3000℃

這也太高了吧!?先別說生物怎麼有辦法產生這種高溫註2,真的要把人燒成灰燼哪裡需要 3000℃ 啦!

就算燒成這樣只要幾百度應該就夠了。圖/維基百科

一般把屍體燒成骨灰的火葬場,溫度只需要 1000℃ 就夠了,3000℃ 根本是大材小用,而你知道這個溫度能夠辦到什麼事嗎?

絕大部分我們知道的物質在這種溫度下都會熔化或者汽化,能夠倖存的元素大概只有鎢、錸、鋨這幾個金屬還有一些特殊的聚合物了;如果燒的是人的話,別說是燒成灰,整個身體一定在一陣白光下消失的無影無蹤……因為在這種溫度下,火焰不會是正常的橘紅色,而是白色的。

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這時如果骨紋巨聲鱷的訓練師就直接站在它旁邊,就算不是被直接擊中,他那超過岩漿溫度兩倍的 3000℃ 火焰所散發出的熱氣和輻射熱註3,應該足以讓訓練師瞬間嚴重灼傷,再加上強光,這絕對是不支倒地然後變成逐漸變成焦屍,然後跟四周的花草樹木付之一炬。

所以如果要叫你的骨紋巨聲鱷使出噴射火焰的話,記得先閃的非常非常遠,放招後遠距離收回寶可夢,然後趕快離開被焚化、整個燒得亂七八糟的現場。

「我只是叫我的骨紋巨聲鱷用一下火花」。圖/envato.elements

狂歡浪舞鴨:這到底是哪一國的超強踢腿舞啊?

圖/Bulbapedia

如果要說格鬥系的寶可夢要怎麼在圖鑑中誇耀他們的力量,最常用的方式就是:把東西丟出去或弄壞。

在以前的的腕力+豪力+怪力的文章中,我們可以看到各種誇耀寶可夢力氣的方式,例如、「能夠跟 100 個成年人角力把他們摔出去」、「可以用一隻指頭舉起相撲選手」、「有辦法舉起一台垃圾車」、「把人打飛到地平線彼端」……等。

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而這次,我們的狂歡浪舞鴨的特技是能夠踢翻一台卡車。

「只要一腳就能踢翻卡車的強韌腳力,展現充滿異國風情的舞蹈。」——狂歡浪舞鴨朱版敘述註4

要計算這有多誇張,我們需要知道一個非常重要的資訊……究竟是哪一種卡車呢?

卡車這種交通工具有非常非常多的規格,最輕的例如小皮卡只有 2~2.5 公噸,最重的可以達到 15 公噸,甚至在某些重工業地區可以找到更重的運貨卡車。

寶可夢朱/紫據稱是參考西班牙為藍本設計的,經過一番搜尋之後,筆者得知西班牙地區是全歐洲輕型卡車比例最高的地方註5,這類卡車本身重大概介於 3~4 公噸之間,如果滿載貨物的話,重量可以達到 10 公噸以上,我們這邊就大概取個平均值 7 公噸好了。

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像這類的卡車就是輕型卡車~ 圖/ISUZU

然後我們還得先定義踢翻卡車這件事情:我們就假設狂歡浪舞鴨用腳朝卡車的側面一半高的地方踢下去,然後車子會以一邊的車輪為支點翻過去,側面著地。

經過一些力矩的計算,我們可以知道要把一台 7 公噸重的卡車踢翻,需要從從中間給予大約 68600 牛頓的力……這可比一台小汽車引擎全力輸出時的力道還要強啊~

筆者自製大略圖解

但是最誇張的還在後面!

最後一步,我們想要知道狂歡浪舞鴨的這一腿到底有多快!要得到這個結果,筆者需要知道此鴨的整隻腳重量為何,因為畢竟是腳在對卡車施力的。

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圖鑑上寫說狂歡浪舞鴨體重為 62 公斤,而牠的外貌滿接近人形生物的,所以我們先參考人體結構來預估。人類的一整支腳平均占全身體重的 16~18% 左右,我們的狂歡浪舞鴨看起來腿略長,而且既然是格鬥系的,那牠的腿應該很壯,我們就假設牠的整隻腿重量占比更多,大概是全身的 25%,重量的話就是差不多 15.5 公斤。

要計算牠這腿速度多少,我們最後剩下需要的假設的就是假設腿和卡車的接觸時間,依照之前的經驗,就姑且設定為 0.1 秒接觸,然後腿踢中之後立刻停下,再加上很不合理的力道 100% 轉換假設,但是相信我~不這麼做的話答案只會更扯。

套入牛頓第二運動定律的公式,我們可以知道這腿在停下來之前,速度高達秒速 443 公尺,也就是音速的 1.3 倍,這也太快了吧!你的腳怎麼沒有被音爆撕裂啊?相較之下,泰拳高手秒速 17 公尺的踢擊根本是個笑話,如果被狂歡浪舞鴨的這一腳踢到,我看大部分的寶可夢應該是內臟破裂死亡了。

如果是普通人的話,被踢一腳一定直接全身骨折,內臟破裂,任督二脈也不用通了。圖/GIPHY

這真是太恐怖了,但狂歡浪舞鴨你為什麼無聊要去踢卡車啊?這種腳力你應該要去踢足球啊!還有這到底是哪一國的舞蹈會有如此的訓練呢?真想知道~

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註解:

  1. 骨紋巨聲鱷的另一版敘述是「可以透過歌聲改變外形的火鳥,據說是靈魂寄宿在頭上的火球所形成的。」,從這個敘述我們知道牠的火焰跟某種靈魂力量有關,這大概就是為什麼火焰溫度能達到 3000 度的秘訣吧?話說筆者很確定是這裡的溫度是說攝氏,因為英文版的敘述中有寫是 5400 華氏。
  2. 也有可能……骨紋巨聲鱷根本不是生物!畢竟牠有幽靈屬性,但這表示牠的出現根本不是進化,而是死亡呢?
  3. 這裡我們因為 3000℃ 的火焰而傷透腦筋,但你知道嗎?這還不是寶可夢圖鑑裡最扯的,有兩隻寶可夢:熔岩蝸牛 和 噴火駝,他們的圖鑑敘述都寫到牠們能夠產生 1 萬度 ℃ 的高溫,前者是體溫,後者是噴出的岩漿,這確定不是多寫一個0嗎? 目前科學家有辦法產出最高的溫度只有 4990℃ 而已啊~
  4. 狂歡浪舞鴨另一版的敘述是「會用充滿異國情調的舞蹈迷倒看到的對手,然後揮舞以水構成的羽飾將其劈裂。」為什麼羽飾是用水構成的啊?這是怎麼辦到的?這跟強力水刀差在哪裡?
  5. 幸好這代寶可夢不是參考德國,因為這是歐洲重型卡車比例最高的地方,如果狂歡浪舞鴨源自這裡,他這一腳一定超出天際。

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Rock Sun
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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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