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達文西逝世500週年:地表最強斜槓天才如何養成?

Peggy Sha
・2019/05/01 ・2569字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 496 ・六年級

達文西被譽為世紀天才,除了留下很多達文西密碼外,他最為人熟知的,便是《蒙娜麗莎的微笑》、《最後的晚餐》等等美好細膩的畫作。不過,你知道他除了在藝術方面有卓著貢獻外,也是個超級斜槓的科學愛好者嗎?

能將晚餐吃得風起雲湧,啟發小說和電影的大概也只有達文西了。圖/wikimedia commons

這位文藝復興時代的英才,對於很多事物都有著強烈的好奇心。不同於咱們凡人的三分鐘熱度,但凡是這位大大想要研究的東西,他都會努力鑽研,因此,他在音樂、土木工程、數學幾何、生理解剖、動物植物,乃至於氣象與地質,都有涉獵,在當年可謂是「上知天文、下知地理」,完勝同時代的其他畫家。

東解西剖,揭開人體的秘密

達文西很早就開始接觸人體解剖學,在他的刀下,男人、女人、青年、老人,都無所遁形,他一生中解剖了 30 具左右的屍體。而牛、熊、蛙、鳥,也都是他研究的對象。

他曾與托爾醫生 (dottore Marcantonio della Torre) 合作進行解剖工作,並畫了 200 多篇畫作,並在死後將這些圖畫集結成《繪畫論》出版。(想想當年買的人心裡會有多驚嚇,你以為你買了一本在談繪畫的書,結果裡面充滿了屍體……)

這些解剖讓他深入了解人體的肌肉、骨骼,乃至於血管和神經系統。達文西不僅針對生殖系統、臟器和大腦都做了詳細記錄、描繪視神經在眼球和大腦間的連結,更第一次畫出了子宮內的胎兒。

達文西第一位畫出了子宮內的嬰兒。圖/By Leonardo da Vinci – Hi! Magazine, wikimedia commons

而你我都很有印象、也被無限惡搞的《維特魯威人》,這幅畫的名稱,來自於達文西很喜歡的一位古羅馬建築師。藉由維特魯威在《建築十書》中的敘述,達文西創作了這幅畫作,在其中也藏了許多數學的概念。

圖/giphy

我們可以從圖片看出來,人體分別嵌進一個圓形和矩形中,這是怎麼做到的呢?維特魯威認為,如果以人的肚臍為圓心,可以描出一個圓形,而此人的手指和腳趾將與圓周接觸。另一方面,人們雙臂打直的長度約等於人的身高,因此,我們也可以將人放進正方形中。如此一來,你就可以得到一個又正又圓的人囉!(並不是)

一步~兩步~摩擦~有了力學天黑都不怕

達文西對於各種機械、力學都非常著迷,而他的研究成果,都藏在筆記中。幾年前,有人藉由研究他的手稿,發現達文西早在數百年前,便對摩擦力有了史上第一次系統性的研究。

研究人員認為,「達文西知道兩個滑動表面間的摩擦力與正向力有關,而與兩個表面間的接觸面積無關。」

而他對摩擦力的認識,也有助於各種機械的設計、發明。他曾經擔任軍事工程師,根據紀錄,他曾設計過弩箭、機關槍、降落傘、潛水裝和武裝坦克車等等機具。此外,他也設計過齒輪、腳踏車等等物品。

達文西雖然愛好和平,卻設計過坦克等軍事武器。圖/wikipedia

我在天上飛!達文西的飛行夢

除了地上跑的各種機械,達文西對天上飛的東西也充滿興趣。他用了很長的時間觀察鳥類飛行,藉由觀察牠們拍翅的動作,發明出各式「飛行器撲翼機」(ornithopter)。

想要操作這樣的機器,首先呢,你需要一位飛行員,他要非常忙碌地以手腳操作滑輪組、槓桿,再加上踏板。同時,達文西也貼心地裝上了落地架,要是飛得累了,可以伸縮支架以便安全落地。可惜的是,他進行的幾次試驗都失敗了。

而另一個看上去十分酷炫的「空中螺旋器」(aerial screw),則是用螺絲起子般的葉片來壓縮空氣、輔助起飛。恩……但是這樣的設計讓機身過於笨重,所以螺旋器還是只能留在地上轉轉轉了。

達文西留下的手稿,讓人得以一窺他的創意。圖/泛科市集

…..這麼說,達文西也沒這麼聰明嘛?欸欸,可別小看人家啊,像他發明的三角形降落傘雖然看上去很神秘,卻是十分厲害的呢!曾有人在 2000 年時利用他的設計草圖打造原型機,結果完美通過測試,可以讓人隨風飄搖。

天才之星,始終閃耀

也正是因為達文西在各領域都給了我們很多啟發,大家很喜歡用他來命名各種東西,比如說,美國天文學家 Schelte J. Bus 於 1981 年發現新的小行星時,便以達文西為其命名,稱之為「小行星 3000 李奧納多」。

近幾年引起許多關注的「微創手術」中,也可以見到達文西的名字。發明這種「達文西手術系統」(Da Vinci Surgical System) 的研發公司透露,這種器械的靈感來源便是達文西設計過的機器人。

即便過了五百年,達文西的靈光仍是讓人讚嘆。對於你來說,最吸引你的是達文西哪個部份呢?

參考資料:

達文西傳》(達文西逝世500周年紀念版)泛科市集 79 折優惠中!

文章難易度
Peggy Sha
68 篇文章 ・ 387 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。

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MIT 團隊的嶄新懸浮技術——打造幽浮式月球探險車
linjunJR_96
・2022/02/03 ・1962字 ・閱讀時間約 4 分鐘

在前往外星球的探險任務中,很重要的一個問題是如何在外星地表移動。從 1979 年的阿波羅登月計畫所使用的載人月球車,到 2012 年獨自前往火星的好奇號,太空探險車都是採用以輪子為主的設計。這種移動方式容易受限於地形,無法前往地勢陡峭的區域。

在 2021 年底,麻省理工學院的航太工程師開發出嶄新的懸浮技術,能夠讓飛行器在外星球表面懸浮並騰空移動,就像剛升空的幽浮一樣。這種技術已從原理上證明可行,並在實驗室內通過小規模測試,為外星探險技術帶來許多新的想像。

圖/MIT

就「地」取材,利用與地表相同的電荷

一般而言,想要讓探險車升空移動是不切實際的想法。如果想讓探險車像火箭一樣燃燒燃料並噴出氣體來推進,就需要搭載大量笨重的燃料,不只讓太空梭升空的負重增加,到達目的地後也很難維持足夠長的任務壽命。另一方面,小行星的個頭都很小,自身的重力無法抓住氣體形成大氣層,因此任何像飛機或直升機的空氣動力方法都不管用。

不過,正是因為缺乏大氣層與磁場的保護,這些小行星的地表會不斷受到來自太陽的高能輻射轟炸,地表的物質被輻射電離使得地表自帶一層電荷,其中向陽面會帶正電,背陽面帶負電。因此,包括月球在內的小行星表面其實都帶有不小的電壓。

在 MIT 的工程師們想到,只要想辦法讓探險車帶有跟地表一樣的電荷,同性相斥的靜電力就能讓其浮在空中。近期的研究表示月球表面的電場足以讓地表的沙塵揚起超過一公尺,有點類似身上充滿靜電時頭髮會豎起來。原則上,我們也可以借用這個自然產生的電場來抵抗重力,打造出「幽浮式」探險車。

一隻貓由於其運動造成的摩擦而使毛髮帶電,導致包裝用泡棉受到吸引黏於貓身。圖/維基百科

要做到這點,可以先在車上裝上液態的離子源,也就是由正負離子組成的液體。加上適當的電壓後,便可以從噴嘴將離子以束狀射出。這類離子噴射所產生的反作用力常用於推進或操控小型人造衛星,不過在這裡也可用來進行靜電懸浮。假如月球地表帶的是正電,幽浮車可以將負離子射出,如此一來整個幽浮車便會帶正電,達到同性相斥的效果。同時,離子束的推力也可以用來操縱車體。

如何加強靜電斥力?讓車子幫地表「充電」

從這個想法出發,MIT 團隊設計出初代的幽浮車模型。但由於地表電荷密度就這麼一點,他們很快從計算發現這樣做的靜電斥力並不足以支撐裝置加上液態離子源的重量。尤其是在月球這類相對較大的星體上,重力加速度較大,幽浮車也需要更強的升力才能升空。

不過仔細想想,在排出負離子後,儘管幽浮車與地表的正電荷總數是固定的,但是兩者之間的靜電斥力大小取決於兩邊的電荷量相乘。因此如果用車上的正離子幫地表「充電」,或許可以加強懸浮用的靜電斥力。

就像是寄包裹時會限制長寬高三者的總和,此時體積最大的選項就是盡量接近正立方體的箱子;同樣的,如果可以適當地將車上的一些正電荷分給地表,原則上就能將兩者之間的斥力最大化。

就像是寄包裹時會限制長寬高三者的總和,此時體積最大的選項就是盡量接近正立方體的箱子。圖/Pexels

外太空載具的工程學傑作

理論的計算證實了這個概念上的突破相當關鍵。於是,團隊在設計中加入了幾隻向下的噴嘴,將正離子射向下方的地表,大幅提高地表的局部電荷量。他們在實驗室中造出了第一代幽浮車原型:一個手掌大的六角形薄片,重約 60 公克,裝有四隻噴嘴朝下,一隻朝上。在實驗室的真空環境中,第一代幽浮車在帶電的平板上實際進行懸浮實驗。實驗結果證實了他們的理論模型無誤。

根據目前的理論模型,一個一公斤重的放大版幽浮車將可以懸浮在離地表一公分處。原則上,只要加大射出離子束的電壓就能提升懸浮高度,不過目前的理論只能描述離地高度較小的情況,因此相關的理論參數還需要進一步修正。

這種靜電懸浮所需的能源功率很小,可說是外太空載具的工程學傑作。如果更好的理論模型完成了,那麼未來十分有希望投入實際應用。太空梭可以在小行星周圍投下這些小型幽浮車,讓他們探索崎嶇不平的地表。可惜的是,利用離子噴射來懸浮只對帶電的地表有效,所以在地球上的我們還是得乖乖地用噴射背包來離開地表。

參考資料

linjunJR_96
31 篇文章 ・ 533 位粉絲
清大理工男。不喜歡算數學。喜歡電影、龐克、和翻譯小說。不知道該把科普當興趣還是專長,但總之先做再說。

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五花八「門」——各種肛門的特異功能
阿咏_96
・2021/07/24 ・2618字 ・閱讀時間約 5 分鐘

一般說到肛門,我們常常會用其他詞來表示,例如「後庭」、「菊花」等等,好像是一個「不可說」的部位一樣,平常和別人聊天時,萬一有人脫口而出它的名字,當下就會想立馬播放「最怕~空氣突然安靜~」尷尬的氣氛幾乎可以讓人窒息。

但很多人不知道的是,「肛門」在演化上有很重要的意義,也跟我們的起源有很大的關係。平常不好提沒關係,我們今天就要來大談特談肛門的厲害!

一切才「肛」開始

看到標題先別驚訝,這個故事要從胚胎時期講起,最早期的胚胎稱為「囊胚 (Blastula) 」後來發育成「原腸胚」時,會形成胚孔 (Blastopore) ,而這個開口之後發育成我們的肛門,因此人類屬於「後口動物 (Deuterostome)」,也就是嘴巴是後來形成的,並非由胚孔發育而來,相反的,胚孔之後發育成嘴巴的,稱為「原口動物 (Protostomia)」;而後口動物除了我們脊索動物門(Chordata) 之外,也包含棘皮動物門 (Echinodermata) ,例如海星,以及有「超強肛門」的海參(至於牠的肛門到底有多厲害,看到最後一段就知道了)。

原口動物與後口動物胚胎發育過程的差異。圖/ Wikimedia common

有肛門?沒肛門?

以人類來說,我們將食物從嘴巴送入體內,中間經過消化系統的處理,最後食物殘渣從肛門排出體外;那現在想像一下,如果消化道的尾端沒有像肛門這樣的開口,殘留的食物便會逆流而上,從原本進食的地方排出去⋯⋯沒錯!從人類的角度來看或許會覺得怪怪的,但數億年前,許多在海裡生活的生物都是只有單一開口,由同一個地方進食、排出殘渣,在現存的生物中,例如海葵、珊瑚等,牠們在進食時一次吃一團食物,然後再從同一個孔排出去,也因此這些生物的消化囊就像是假日大賣場的單道停車場,因為空間有限,必須一進一出才能再進,攝取進體內的量便有一定的限制。

海葵的肛門。圖 / flickr

肛門的出現,就像是把停車場變成了高速公路,有了交流道之後,生物不需要等上一餐排出去才能繼續吃,而能夠一餐接著一餐,而且消化道變長之後,逐漸分隔成不同區域,各自具有獨特的微生物相,也形成能吸收不同的營養,讓生物能夠從攝食中獲取養份的效率提高,與生物的體型變大、變長以及移動方式的改變也有密切的關係。

酷肛門!

在了解肛門在生物體中的重要程度後,如果你以為肛門只能把食物殘渣排出去,那就太小看它了~接著我們來聊聊世界上百百款的肛門吧!

首先,有些動物的消化道、生殖器和泌尿道的末端合併成一個開口,稱為泄殖腔(cloaca) ,能夠排出糞便、尿液、卵子或精子,像是鳥類、兩棲爬蟲類都有這樣的構造,泄殖腔有時候很方便,譬如雌鳥在和不喜歡的雄鳥交配的時候,就能夠輕鬆地將精子排出去。至於為什麼有些動物的生殖孔和肛門是分開的,但位置卻很接近,這又是另一個故事了。

鳥類的泄殖腔。圖 / Judi Lapsley Miller 

除了泄殖腔外,前面提到海參有「最強肛門」,這不是亂說的,因為海參的肛門不只是一個排廢物的出口,還能作為牠的第二張嘴,可以吞食一些藻類,金價ㄟ「後庭進食」就是海參啦!除此之外,海參消化道的末端旁分出一對樹枝狀的器官,稱為呼吸樹 (respiration tree),可以透過肛門肌肉收縮,將海水吸進體內,藉由吸收海水中的氧氣進行氣體交換,也就是用肛門呼吸(屁之呼吸啾4尼啦~)。

如果你覺得肛門可以進食和呼吸還不夠看,那接著更猛的是——肛門還可以發動攻擊。海參體內有一個防禦器官稱為「居為業小管 (Cuverian tubules)」,在遭受機械刺激時,會從肛門排出一種白色細絲,這些細絲在海水中會變長,與其他物體接觸時還會變得黏黏的,可以用來纏住捕食者,而且對某些魚類來說是有毒的。

除此之外,有些海參的肛門還有「肛齒 (anal teeth) 」,顧名思義就是長在肛門的牙齒,可以避免一些不請自來的生物,在牠的後庭來去自如;但是其實也有生物能夠自由進出海參的肛門,例如隱魚 (pearlfish) ,牠們不會被居為業小管攻擊,而且也對海參排出的毒素有較強的抵抗力,所以當海參張開肛門呼吸時,有時候你可以看到在裡面蠕動的隱魚們 say hi~,正所謂「全家就是你家,你的肛門就是我家啦!」

最後也是我覺得最酷的是,不是所有生物的肛門都像便利商店一樣 24 小時營業的,2019 年的一篇研究發現有一類櫛水母 Mnemiopsis leidyi 的肛門在排便的時候出現,之後就消失了,而重複排便間隔的時間長短則和體型大小有關,例如幼體約十分鐘、成體一小時左右,換句話說,這是一種「間歇性肛門」,科學家們認為這個發現對肛門演化過程有很大的幫助,若繼續深入研究,有機會找到永久性肛門是如何演化出來的。

關於肛門的故事,大概可以聊個三天三夜,例如肛門的演化也是非常精彩,下次當你提到肛門,但旁邊的人露出「假裝不認識你」的表情時,就可以跟他解釋肛門有多偉大、介紹那些超酷的肛門,然後他就會⋯⋯(自行想像)

參考資料

  1. Nielsen, C., Brunet, T., & Arendt, D. (2018). Evolution of the bilaterian mouth and anus. Nature ecology & evolution, 2(9), 1358-1376.
  2. Hejnol, A., & Martín-Durán, J. M. (2015). Getting to the bottom of anal evolution. Zoologischer Anzeiger-a Journal of Comparative Zoology, 256, 61-74.
  3. What is Deuterostomes?
  4. Superphylum Deuterostomia
  5. Dean, R., Nakagawa, S., & Pizzari, T. (2011). The risk and intensity of sperm ejection in female birds. The American Naturalist, 178(3), 343-354.
  6. Parmentier, E., & Vandewalle, P. (2005). Further insight on carapid—holothuroid relationships. Marine Biology, 146(3), 455-465.
  7. Flammang, P., Ribesse, J., & Jangoux, M. (2002). Biomechanics of adhesion in sea cucumber Cuvierian tubules (Echinodermata, Holothuroidea). Integrative and Comparative Biology, 42(6), 1107-1115.
  8. Ru, X., Zhang, L., Liu, S., & Yang, H. (2020). Plasticity of respiratory function accommodates high oxygen demand in breeding sea cucumbers. Frontiers in physiology, 11, 283.
  9. Jaeckle, W. B., & Strathmann, R. R. (2013). The anus as a second mouth: anal suspension feeding by an oral deposit‐feeding sea cucumber. Invertebrate Biology, 132(1), 62-68.
  10. Tamm, S. L. (2019). Defecation by the ctenophore Mnemiopsis leidyi occurs with an ultradian rhythm through a single transient anal pore. Invertebrate Biology, 138(1), 3-16.
  11. The Body’s Most Embarrassing Organ Is an Evolutionary Marvel

泄殖腔親吻是什麼?一起看影片了解吧!

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阿咏_96
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You can be the change you want to see in the world.

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和鳥類學飛翔,讓人類學會飛行奧秘——《天才達文西的科學教室:像科學家一樣,發明、創造和製作STEAM科展作品》
快樂文化
・2021/01/30 ・3697字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 512 ・六年級

飛行的物理學

「觀察在稀薄高空中飛翔的老鷹,牠的翅膀是如何鼓動著空氣,讓沉重的身體得到支撐。物體對空氣施加的力量,等於空氣對物體施加的力量。」15 世紀末,達文西在筆記本如此寫道。達文西僅憑觀察,就掌握飛行的原理了。

飛行的原理讓達文西深深為之著迷。他發明人力驅動的飛行器,試圖證明人類能否飛上天,還設計人類可以操縱的翅膀。他仔細研究飛行中的鳥,並且提出飛行的假說:「鳥類張開寬寬的翅膀,加上短短的尾巴,準備起飛,」他接著寫道,「鳥類必須用力抬起翅膀,然後放下翅膀拍動下方的空氣。」

金鵰的翅膀善用空氣分子,身體起飛與降落。圖/天才達文西的科學教室

上圖的金鵰比空氣重,但是翅膀造形卻能善用空氣分子,讓身體起飛與降落。金鵰飛行的時候,你認為氣流通過翅膀上方與下方時,哪邊的速度較快?量量看, 1 公尺有多長,是金鵰身體的長度;再量量看 23 公尺有多長?這是牠的翅膀展開的長度!再想像一下:金鵰拍動翅膀、凌空起飛的模樣。你認為翅膀上方還是下方的氣壓比較大?可以解釋原因嗎?

達文西的《鳥類飛行手稿》。圖/天才達文西的科學教室

上圖的字跡與插圖,出自達文西的《鳥類飛行手稿》 (Codex on the Flight Of Birds)。他的研究,造福許多後世的科學家,包括丹尼爾•白努利 (Daniel Bernoulli)。他在 1738 年解釋了空氣流動的科學原理。

白努利認為:鳥類飛行時, 因為翅膀結構的關係,空氣通過翅膀上方的速度較快, 使得氣壓較低,而空氣通過翅膀下方的速度較,使得氣壓較高。翅膀上方與下方的壓力差,進而造成了升力。

編按:解釋飛機能升空飛行的物理概念,除了白努利概念外,尚有其他因素,例如飛行時的角度、飛機造形和其他效應等。

有許多物理概念可以解釋飛機能升空的原因。圖/天才達文西的科學教室

飛機為什麼可以在天上飛?

開始調查吧!

我們蒐集資訊,一起設計翅膀,就跟達文西一樣!我們將蒐集涵蓋翅膀形狀、空氣與運動方面的資訊,也跟達文西一樣,提出許多問題。

問題:淚珠的形狀,和飛行有什麼關係?

下圖的形狀,好像淚珠的一側。看到這種形狀,是否讓你聯想到它與飛行的關係呢?

翼型會聯想到噴射機的機翼或鳥翼的形狀。圖/天才達文西的科學教室

答案:這就是翼型。

淚珠的形狀,我們稱為「翼型」。這樣的造形,可能讓你想起噴射機的機翼或鳥翼的形狀。翼型的前端是較厚的圓弧,後端則逐漸變薄、變窄。

飛行中的翼型向前挺進,空氣分子往上也朝下移動。翼型下方的空氣分子,移動的速度慢於上方滑過的空氣分子。空氣分子移動速度較慢,造成的氣壓就比較大。想像一下:翼型下方的空氣,等於處在被壓縮的狀態,翼型下方,較強的氣壓向上推,造成的力量稱為「升力」

模擬飛行中翼型的空氣分子移動狀態。圖/天才達文西的科學教室

受到鳥類的啟發

看到鳥翼的切面,居然就是翼型,你是否大吃一驚呢?說穿了,航太工程師就是從飛行中的鳥類得到靈感。移動的翼型會切過空氣,與周圍的空氣產生了力的作用。空氣分子——渺小不可見卻能施展強大的力量,從四面八方擠壓著翼型。翼型向前移動的時候,因為與空氣產生了交互作用而起飛。

將書本平放在桌上一隻手塞到書本下方,然後把書托起來。你的手在書下施展的壓力,就像慢速通過翼型下方的高壓。另一方面,通過翅膀上方的空氣,移動速度較快,形成了較低的氣壓。

空氣分子在機翼上的賽跑

讓我們進一步調查

問題:通過翼型上方的空氣,是否因為空氣要通過的距離較長,因此速度才會變快?

答案:根據美國的國家太空總署 (NASA) 工程師分析,機翼上方空氣的速度很快,只是為了比下方空氣更早抵達機翼後方,而不是因為距離較長。機翼上方的低壓空氣,其實速度更快!

畫出你的翼型

畫出屬於你自己的翼型,請標示以下項目

  • 高壓區
  • 低壓區
  • 快速移動的空氣
  • 慢速移動的空氣
  • 空氣流動的方向
  • 升力的方向
嘗試畫出屬於自己的翼型。圖/天才達文西的科學教室

和達文西一起賞鳥

達文西不只觀察飛行中的鳥,他也細看鳥的各種狀態,而且反覆觀看。他寫下筆一三己,問自己問題,例如:鳥類用什麼樣的方式使用翅膀?然後想辦法找出解答。以上這些行為,就是「觀察」。

當個自然觀察家吧!住家附近就可以好好賞鳥。不管你住在哪裡,都有機會走出家門,觀察鳥類百態及其飛行方式。記得帶著筆記本、鉛筆、色鉛筆與望遠鏡,可能的話帶一台相機,現在就抽出時間邁向戶外吧!

你的觀察記錄將充滿獨一無二的個人風格。看到小鳥,先用肉眼觀察。接著,以素描記錄觀察到的現象:畫出鳥類的輪廓,有沒有值得注意的花紋或樣式?先畫下外形,然後加上顏色:鳥喙是什麼顏色?腳呢?也花點精力注意體型大小:和其他鳥類相較,有多大或多小呢?有沒有攝食?歌聲或叫聲怎麼描述呢?鳥類如何起飛?如何降落?鳥類會順風起飛嗎?其他數據、記錄地點、天氣與賞鳥的時段,都要記錄下來。

用相機記錄身旁觀察到的現象。圖/Pixabay

以飛機工程師的方式來思考!

用另一種角度來看翼型。機翼後緣窄窄的後翼往上或往下,會有怎樣的效果呢?飛機工程師設計噴射機的時候,讓機翼的後緣可以伸展或彎折,透過這樣的方式讓空氣分子流動,達成特殊目的。如下圖所示請利用本小節的訊息,預測這樣設計的目的,並把假說寫在筆記本裡。

機翼不同構型讓空氣分子流動,達成特殊目的。圖/天才達文西的科學教室

下圖是根據達文西的設計而重建的機械翅膀。翅膀的形狀不像翼型,但是從喇叭似的形狀看來,功能就是壓下空氣分子,以產生向上的升力。這款翅膀有沒有讓你想起某種哺乳動物呢?

根據達文西的設計而重建的機械翅膀。圖/天才達文西的科學教室
根據達文西的設計而重建的機械翅膀很像哺乳動物蝙蝠。圖/天才達文西的科學教室

一起動手玩:創造一個翼型

實驗材料:影印紙、膠帶、30 公分長的直尺、鉛筆(最好是六角鉛筆)、吹風機

實驗步驟

  1. 輕輕彎折紙張,以垂直方向對摺。這時紙張會有淺淺的摺線,並且出現翼型般的曲面。
  2. 把紙張轉成水平方向,曲面朝下。將上半張紙的邊緣往後移 1.27 公分,用膠帶固定。
  3. 把直尺伸到紙張底下,在 5 公分處用膠帶把尺和紙黏在一起;紙張的邊緣也要和直尺黏合。
步驟 1-3 的操作示範。圖/天才達文西的科學教室

4. 把鉛筆放在距離直尺 12.7 公分處,和直尺垂直擺放,並以膠帶黏和。

步驟 4 的操作示範。圖/天才達文西的科學教室

5. 將吹風機設定最小風量模式,待會對著翼型的吹端吹。你認為吹風機啟動後,會發生怎樣的現象?請先寫出假說。

6. 現在測試你的實驗設計與假說。找個夥伴握住鉛筆兩端,翼型曲面朝向你。這時再啟動吹風機的小風量模式,直尺會怎樣?你感到翼型的升力了嗎?

步驟 5-6 的操作示範。圖/天才達文西的科學教室

實驗背後的科學

如同你所認知,通過翼型上方的空氣,移動的速度比翼型下方的空氣快。翼型下方的空氣分子在較高的壓力下受到擠壓。氣壓較高的空氣分子,向上推擠。翼型下方的高壓及上方的低壓,組合起來造成了升力!

——本文摘自《天才達文西的科學教室:像科學家一樣,發明、創造和製作STEAM科展作品》,2020 年 10 月,快樂文化