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科學寶可夢 #111 鐵甲犀牛:不如叫石墨烯牛

Rock Sun
・2017/02/25 ・2494字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 519 ・六年級
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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!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。

不要連牠也被獵到絕種 #111 鐵甲犀牛

圖/ubasuteyama – DeviantArt

不管是動漫、空想、還是寶可夢世界,都有一些生物擁有一些令人匪夷所思的生理特性,例如:由黃金打造的外皮、鑽石做的身體……等[註1],這些特性最有趣的地方就是它們都是現實中真的存在的物質,但以一種很神奇的方式存在於生物身上。

現實世界我們有幾丁質碳酸鈣這類東西可以組成生物外殼,但我們就是沒聽過身穿鐵甲的生物(很可憐穿著鋁罐的寄居蟹不算)。原因很簡單:麻煩——重量麻煩、替換麻煩、取得麻煩、對身體代謝也沒幫助。

但這裡我們卻有一個莫名的傢伙,默默地藏著強大又珍貴的前衛物質在他的體內。

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 鐵甲犀牛巨大的骨頭比人類硬 1,000 倍,可以輕鬆地撞飛大型拖車。」(藍、葉綠[註2])

比人骨硬 1,000 倍,所以是多耐撞?

比人類硬 1000 倍?聽起來很厲害,但到底是有多誇張呢?

閃喔~圖/GIPHY

首先我們需要知道一些人骨的數據,老實說這並不容易,儘管人類老早就開始在研究骨頭了,但人骨的物理性質近幾年還是一直在更新[註3]。從筆者找到的資料,人類硬骨平均密度大概是 1,000~1,200 kg/m3,並且有著 130 mpa(帕斯卡)的極限抗拉強度。

至於從鐵甲犀牛的敘述,表示牠的骨頭是人類強度的 1,000 倍,那麼就應該是指他的極限抗拉強度是 1000 倍。我們先不管密度,簡單地把人骨的極限抗拉強度乘以 1,000 倍,我們得到 130,000 mpa,也就是每平方公尺可以承受 130,000 牛頓的力。

這個數字,基本上已經是物質硬度表峰頂的程度了,也就是在材料試驗機中,鐵甲犀牛的骨頭差不多是可以承受一台時速 60 公里行駛車子撞擊的強度,所以只要鐵甲犀牛不要跑超過時速 60 公里,牠大爺不管怎麼亂衝亂撞大概都無所謂吧~

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大哥你是認真想騎牠的嗎?圖/Pokémon Wiki

很有趣的是,這個數字並不夢幻,因為查查極限抗拉強度表,你會找到一個物質擁有一樣的抗拉強度——石墨烯

石墨烯這個有諾貝爾獎認證的神奇物質這裡就不多做介紹了,有興趣的人可以去搜尋無數的泛科學文章這裡我想聚焦在它的重量上:根據 2010 年諾貝爾物理學獎的研究中提到,1 平方公尺的石墨烯重量是 0.77 毫克(mg),是 1 平方公尺紙的 0.001%,但他只有單原子的厚度。

現在問題來了,要擁有這樣的強度,鐵甲犀牛的內部骨骼勢必是疊合非常緊密的石墨烯,而且石墨烯應該才佔牠體重大概沒多少吧!從其他犀牛的身高體重做很大約的推算[註4],身高 1 公尺,體重 115 公斤的鐵甲犀牛只不過比同體型的犀牛重一點點,如果石墨烯基本上沒有什麼重量,那牠的鐵甲可能就真的是很重了。

能輕鬆撞飛拖車是要多快?

現在來到圖鑑的後半段:可以輕鬆地撞飛大型拖車」,一台大型拖車重量可 60 公噸[註5],一隻體重 115 公斤的鐵甲犀牛竟然可以撞飛這麼重的東西?怎麼覺得牠應該跑太快了……假如鐵甲犀牛撞到拖車立刻停下,能量全部轉移,而拖車在 3 秒內向後飛了 10 公尺,從動量守恆,我們計算得到鐵甲犀牛速度是時速 270 公里!!!

斷了~都斷了(圖/reviewing pokemon)

這豈不是超出範圍了,好不容易身體裡面長了強大的石墨烯,結果為了展現自己多強大,一撞就骨折了,就算你有鐵甲」,在這種撞擊力下還不是都碎了,這還是沒辦法保護你啊!

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只好祈禱鐵甲犀牛們無法跑那麼快,托車沒那麼大台了,他們可能是世界最豐富石墨烯來源啊!

(開玩笑的~ 狩獵動物並不好,請大家保護犀牛。) 

註解

  1. 這些標榜用鑽石、黃金打造的怪獸或人物通常都有神奇的體重或生態,例如從攝食的泥土中取得,到底是要吃多少土才能長成這樣,人類吃下蝦子的甲殼也不會長出來,只會從大便排掉而已。
  2. 除了這篇文章中的敘述之外,R 編另外一個很想分析的是「非常強大,可以撞倒摩天大樓」(鑽石、火紅、紅、綠),但這取決於各種撞法和大樓工法,所以最後作罷。其他敘述例如「腦子只有一根筋所以只能考慮一件事。開始猛撞後到睡著前都不停下。」(黃、銀、魂銀);「只能記住一件事,一開始衝就忘記理由了,因為會馬上忘掉。」(水晶、藍寶石)…..等,全是在笑鐵甲犀牛的智商。
  3. 根據 R 編找到的資料,1996 年時一本牛津的醫學課本記載骨質密度是 1000~1200 kg/m3,1999 年的ㄧ本人體的物理學記載是 1900 kg/m3,但這個數字是指單純的密度,到 2000 年時變成 1000 kg/m的骨質密度……幸好後來沒什麼用到這個,要不然又要考慮鐵甲犀牛的骨質了。
  4. 一般犀牛身高大約是 2 公尺,體重 3 公噸,至於剛出生的小犀牛身高大約 70 公分,體重 60 公斤,由於很難找到每一種犀牛的長寬高,所以利用目測的體積與體重的關係大約求了鐵甲犀牛這個體型的體重,差不多是 100 公斤。
  5. 在各種貨車橫行的美國,這數字從 10 公噸到 70 公噸都有,根據長榮貨運的介紹,光是裝滿的貨櫃本身都有幾十公噸了。這裡既然是說大型貨車,那就找大一點啊。

參考資料:

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  1. Pokemon Database
  2. 維基百科(犀牛拖車強度石墨烯
  3. The Physics Facts Book: Bone Density
  4. Rhino Resource Center
  5. 長榮貨運:貨櫃重
文章難易度
Rock Sun
64 篇文章 ・ 922 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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如何靠溫度控制做出完美的料理?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/06/21 ・2705字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 Panasonic 委託,泛科學企劃執行。 

炸雞、牛排讓你食指大動,但別人做的總是比較香、比較好吃?別擔心,只要掌握關鍵參數,你也可以做出完美料理!從炸雞到牛排,烹調的關鍵就在於溫度的掌控。讓我們一起揭開這些美食的神秘面紗,了解如何利用科學的方法,做出讓人垂涎三尺的料理。

美味關鍵 1:正確油溫

炸雞是大家喜愛的美食之一,但要做出外酥內嫩的炸雞,關鍵就在於油溫的掌控。炸雞的油溫必須維持在 160 到 180℃ 之間。當你將炸雞放入熱油中,食物的水分會迅速蒸發,形成氣泡,這些氣泡能夠保證你的炸雞外皮酥脆而內部多汁。

水的沸點是 100℃,當麵衣中的水分接觸到 160℃ 的熱油時,會迅速汽化成水蒸氣。這個過程不僅讓麵衣變得酥脆,也能防止內部的雞肉變得乾柴。

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如果油溫過低,麵衣無法迅速變得酥脆,水分和油脂會滲透到食物中,使炸雞變得油膩。而如果油溫過高,水分會迅速蒸發,使麵衣變得過於硬或甚至燒焦。

油炸時,麵衣水分會快速汽化。 圖/Envato

美味關鍵 2:焦糖化與梅納反應

另一道美味的料理——牛排。無論是煎牛排還是炒菜,高溫烹調都會帶來令人垂涎的香氣,這主要歸功於焦糖化反應和梅納反應。

焦糖化反應是指醣類在高溫下發生的非酵素性褐變反應,這個過程會產生褐色物質和大量的風味分子,讓食物變得更香。而梅納反應則是指醣類與氨基酸在高溫下發生的反應,這個過程會產生複雜的風味分子,使牛排的色澤和香氣更加迷人。

要啟動焦糖化反應和梅納反應的溫度,至少要在 140℃ 以上。如果溫度過低,無法啟動這些反應,食物會顯得平淡無味。

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焦糖化反應


焦糖化反應與梅納反應。圖/截取自泛科學 YT 頻道

油溫與健康

油溫不僅影響食物的風味,也關係到健康。不能一昧地升高油溫,因為每種油都有其特定的發煙點,即開始冒煙並變質的溫度。當油溫超過發煙點,會產生有害物質,如致癌的甲醛、乙醛等。因此,選擇合適的油並控制油溫,是保證烹調健康的關鍵。

說了這麼多,但是要怎麼控制溫度呢?

各類油品發煙點 。圖/截取自泛科學 YT 頻道

科學的溫度控制

傳統電磁爐將溫度計設在爐面下,透過傳導與熱電阻來測溫,Panasonic 的 IH 調理爐則有光火力感應技術,利用紅外線的 IR Sensor 來測溫,不用再等熱慢慢傳導至爐面下的溫度計,而是用紅外線穿透偵測鍋內的溫度,既快速又精準。

而且因為紅外線可以遠距離量測,如果甩鍋炒菜鍋子離開爐面,也能持續追蹤動態。不會立即斷開功率關掉,只要鍋子放回就會繼續加熱,效率不打折。

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好的溫度感測還要搭配好的溫度控制,才能做出一流的料理。日本製的 Panasonic IH 調理爐,將自家最自豪的 ECONAVI 技術放進了 IH 爐中。有 ECONAVI 的冷氣能完美控制你的室溫,有 ECONAVI 的 IH 調理爐則能為你的料理完美控溫。

有 ECONAVI 的 IH 爐不只省能源、和瓦斯爐相比減少碳排放,更為料理加分。前面說了溫度就是一切的關鍵,但是當我們將食材投到熱鍋中,鍋中的溫度就會瞬間下降,打亂物理與化學反應的節奏,阻止我們為料理施加美味魔法。

所以常常有好的廚師會告訴我們食物要分批下,避免溫度產生太大變化。Panasonic IH 調理爐,只要透過 IR Sensor 一偵測到溫度下降,就能馬上知道有食材被投入並立刻加強火力,讓梅納反應與焦糖化反應能持續發揮變化。而當溫度回到設定溫度,Panasonic IH 調理爐也會馬上將火力轉小,透過電腦 AI 的迅速反應,掌握溫度在最完美區間不劇烈起伏。

不僅保證美味關鍵,更不用擔心油溫超過發煙點而導致油品變質,讓美味變得不健康。

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透過 IR Sensor 精準測溫並提升火力。圖/截取自泛科學 YT 頻道
IH 調理爐完美控溫 。圖/截取自泛科學 YT 頻道

舒適的烹飪環境

最後,IH 爐還有一個大優點。相比於瓦斯爐,因為沒有使用明火,加熱都集中在鍋具。料理過程更安全,同時使用者也不會被火焰的熱氣搞得心煩意亂、汗流浹背,在廚房也能過得很舒適。而且因為熱能集中,浪費的能源也更少。

因為沒有使用明火,料理過程安全又舒適。圖/截取自泛科學 YT 頻道
Panasonic IH調理爐火力精準聚集在鍋內。圖/Panasonic提供

為了更多的功能、更好的效能,我們早已逐步從傳統按鍵手機換成智慧型手機。一樣的,在廚房內,如果你想輕鬆做出好料理,同時讓烹飪的過程舒適愉快又安全。試試改用 Panasonic IH 爐,一起享受智慧廚房的新趨勢吧!👉 https://pse.is/649gm5

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
200 篇文章 ・ 306 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

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用 LED 燈傳資料?探秘可見光通訊的前世今生
數感實驗室_96
・2024/06/22 ・768字 ・閱讀時間約 1 分鐘

本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

今天我們來聊聊一種超酷的通信技術——用 LED 燈來傳遞訊息。

你可能會疑惑,LED 燈怎麼能傳數據?其實,這背後的原理並不難理解。無線電波是電磁波的一種,而 LED 發出的「可見光」也是電磁波的一部分,只是頻率更高。既然都是電磁波,那用光來通信似乎也很合理。

光通信並不是新鮮事。早在周朝,人們就用烽火台來傳遞戰情;我們熟悉的發明家貝爾也發明過光電話(Photophone),且 1880 年 4 月 1 日,貝爾還成功地用光電話在 200 多公尺的距離上實現了通信。

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然後?就沒有然後了,光通信技術沉寂了一百多年,直到太空通信中找到了新的用途。

可見光通訊帶來了通信技術的全新篇章。當然,我們也要提到,像遙控器和一些太空通信其實用的是紅外線,但這些都和可見光屬於同一大類——電磁波通信。所以,嚴格來說,可見光通訊也是電磁波通信的一部分。

未來的世界,燈光不僅僅是照明工具,更是我們連接信息世界的橋樑。

更多、更完整的內容,歡迎上數感實驗室 Numeracy Lab 的 YouTube 頻道觀看完整影片,並開啟訂閱獲得更多有趣的資訊!

參考資料

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數感實驗室_96
72 篇文章 ・ 46 位粉絲
數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/

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解密 Wi-Fi、WLAN、802.11:網路通信的差異與演進
數感實驗室_96
・2024/06/21 ・774字 ・閱讀時間約 1 分鐘

本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

在現代社會,如果我們到咖啡廳或其他公共場所,打開筆電坐下來後,通常的第一句話都是「請問這裡有 Wi-Fi 嗎?」。

沒除了 4G、5G 行動通信以外,Wi-Fi 是我們日常生活中常用的上網方式。那麼,Wi-Fi 到底有什麼特點呢?

首先,來解釋一下幾個常見的名詞:Wi-Fi、WLAN、802.11。

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你或許都聽過這些詞,特別是 Wi-Fi,但它們之間有什麼差別呢?

LAN 是 Local Area Network,區域網路的意思。通常指的是像一間網咖這樣的範圍。而 WLAN 就是 Wireless LAN,無線區域網路,這是現在的主流用法。而 802.11,則是專門針對區域網路中無線部分的技術標準。而 Wi-Fi 呢,則可以看作是 802.11 這個技術標準的口語化說法。而 Wi-Fi 的 logo 一黑一白,與太極圖非常相似並非巧合,其 logo 衍生自太極圖,就是想取其相容於任何設備、平台,不管在哪裡都能順利連上網的意象。

有人說 Wi-Fi 在現代已經像空氣、陽光、水和電一樣,成為不可或缺的基本需求。

除了 Wi-Fi 我們還介紹 MIMO 這個關鍵技術,如果對更多技術細節感興趣,或是想聽聽像 Bluetooth 是以國王名字命名的科技小故事,都歡迎在留言告訴我們,期待與你們繼續分享更多有趣的科技知識!

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數感實驗室_96
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數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/