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《唐僧為何不搭觔斗雲取經?》——2018數感盃 / 國中組專題報導類第二名

數感實驗室_96
・2018/04/22 ・2234字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 466 ・五年級

數感盃青少年寫作競賽」提供國中、高中職學生在培養數學素養後,一個絕佳的發揮舞台。本競賽鼓勵學生跨領域學習,運用數學知識,培養及展現邏輯思考與文字撰寫的能力,盼提升臺灣青少年科普寫作的風氣以及對數學的興趣。

本文為 2018數感盃青少年寫作競賽 / 國中組專題報導類第二名 之作品,為盡量完整呈現學生之作品樣貌,本文除首圖及標點符號、錯字之外並未進行其他大幅度編修。

  • 作者:李艾登、莊景喻、黃秉宥/嘉義縣立永慶高中國中部
圖/imdb

話說,悟空從五指山中逃脫,就對唐三藏表示:「我小學老師靈台方寸山,斜月三星洞的神仙,須菩提祖師教我日遊四海的騰雲駕霧之法——觔斗雲,只要一個觔斗便能飛行十萬八千里。你不是要去西天取經嗎?上來吧,我背你翻騰幾下就能直接到西天取經。」

「不行,觔斗雲太快了,師父受不了,更何況這是修行,我必須用走的,你得跟我一起去,所以你也得用走的。」唐三藏搖一搖頭。

悟空一副大惑不解的樣子看著唐三藏。

唐三藏拿出紙、筆、圓規、尺、計算機、筆電,在山中步道旁,隨便找個有桌椅的涼亭坐下,語重心長說:「悟空你是從女媧補天遺留下的石頭中蹦出來的,是石身;師傅是肉做的,是肉身。肉身應該是不能搭觔斗雲的。」悟空仍一副丈二金剛摸不著頭緒樣。

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唐三藏要悟空坐下,開始滔滔不絕說:「來,我用數學算給你看——秦漢時期一里是 415.8 公尺,師父跑到未來發現清朝一里是576 公尺,現在是明朝*,國土廣大,單位混亂,我們大約以一里以 500 公尺計算好了。你搭觔斗雲翻一圈的距離約 108000×0.5=54000 公里,但是地球的周長約 40030.14 公里,所以你要是隨著地表飛,往東翻一個筋斗,剛好繞地球一又三分之一圈,恰好落在南極陪皇帝企鵝孵蛋; 往西翻一個筋斗也是繞地球一又三分之一圈,結果降落在加勒比海上的黑鬍子海盜船上。這兩個地方離天竺很遠,且又是化外之地,這個想法行不通啊!」

「如果你是先往上飛,然後繞地球一圈之後在天竺的上空降落,而這裡到天竺的距離大約是 4200 公里,因此你繞地球一圈還需要飛行 54000-4200=49800 公里。設往上飛的高度為x 公里,因此 2x +2π (x+6371) =49800,可得往上飛的高度(x)為 1179.482 公里,這高度已經超過 100 公里的卡門線、甚至超過 500~1000 公里的外逸層,早就已經到外太空了。」

「師父這種沒有任何保護的身體如果曝露在外太空很快就會死,而且死亡後體溫會很緩慢下降(因為沒有對流、傳導,只有熱輻射);如果此時體液或血液流出體外,不但不會立刻凍結,反而會因為低壓而沸騰。這個問題在 NASA 的網頁內有說明,只是目前還沒有做過生物實驗,正確結果誰都不敢確定。」

「師父,這件事簡單。」悟空站了起來,用手拍了拍胸膛說:「等一下天黑,師父讓我下課十分鐘,月亮離這裡也不過 30 萬公里,徒弟我搭觔斗雲翻個六、七圈就到了。我幫 NASA 去月宮找嫦娥姊姊問一下,她當初飛到月球時有沒有覺得很冷﹖還是呼吸困難﹖或是有噴鼻血?問完後再找月兔借個廁所,順便帶一盒月球名產『麻糬』回來孝敬師父您。」

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唐三藏聽到後,右臉開始不停的抽筋,三條線。心裡想:「佛祖介紹給我的這個徒弟, 怪怪的。」不由得盯著悟空仔細觀察,由頭到腳,上下來回掃了數次。

唐三藏接下來說:「我們得考慮速度問題。悟空啊!你翻個觔斗需要多久時間啊?」
悟空用跩到不行的動作,伸出他的右手,比出中指(啊!更正,我看錯了,是食指。)說:「師父,只要一秒!」
「一秒!」唐三藏拿出計算機開始飛快的按著鍵盤,嘴裡還嘟嚷著……
「假設你是等速飛在地球表面,在不考慮其他阻力與限制下,你的速度是 5400 公里除以1 秒,就是 5400 公里每秒」
唐三藏恍然大悟說:「悟空,你知道嗎? 眾所周知的哈雷彗星平均速度大概 10 公里每秒,就已經燒得人屁股紅透半邊天了,你的觔斗雲速度是哈雷彗星的 540 倍,師父即使身上有這件皇上御賜的百分百純蠶絲袈裟,鐵定是擋不住的!一下子就灰飛煙滅,就算我躲在建造於美國科羅拉多州, 為防止核武攻擊而深埋於地表下 400 多公尺的『夏延山空軍基地』末日碉堡中,再讓你載過去,也是會被摩擦力造成的高溫燒的屍骨無存。」

「觔斗雲快的不合理,悟空呀!師父再問一次觔斗雲的實際操作性能。」孫悟空搔一搔頭髮,非常熟練地抓起身上跳蚤,順手放進嘴巴嚼了起來。

「師父,吳承恩在《西遊記》寫得很清楚,觔斗雲翻一個筋斗,可以前進十萬八千里。千真萬確,吳承恩白紙黑字寫的。」悟空意猶未盡低頭在翻找肚臍旁的跳蚤,一邊回答。

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「這樣啊!若沿著地球表面等速度飛行,先不考慮其他阻力與限制的話,以剛剛的飛行軌道來看,離地球表面最遠時的向心加速度為 5400×5400÷(1179.482+6371)≒3862.005km/s2=3862005m/s2。」唐三藏邊用計算機邊說。
「換算成地心引力倍數就是:3862005÷9.8≒394082.143 G」

「天啊!」唐三藏搖搖頭說。「人體最大承受限度是 9G,搭乘觔斗雲需承受 394082.143 G, 人類無法啊!」

「悟空,經過師父這麼詳細的解說,你可以理解我們應該只能走路去吧。」

悟空想了想,說:「師父,與其想要如何將您打包帶走,這可是連 NASA 的科學家都會想到抓狂的問題,沒研究個三、五十年是沒有結果的,不如我們一起散步去天竺,還比較快呢!」

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唐三藏點頭笑了笑,肚子卻不爭氣的咕嚕咕嚕叫。「悟空,師父肚子餓了,我們去找吃的好不好?」

「師父,我知道前面有一間店,他賣的麻糬比月兔做的好吃多了。」悟空興奮的拉起唐三藏的手開始飛奔。

更多2018數感盃青少年寫作競賽內容,歡迎參考 2018數感盃特輯、數感實驗室官網粉絲頁喔。

  •  編按:本文內的唐三藏為虛構人物,內文所提之朝代雖與史實不符,但不影響文章之閱讀因此予以保留。
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數感實驗室_96
76 篇文章 ・ 50 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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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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