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想過河?涉水、游泳聽起來太普通,還有哪些浮誇的過河方式?——《這麼做就對了!最ㄎ一ㄤ的生活科學指南》

天下文化_96
・2020/02/18 ・2669字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 488 ・五年級

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  • 作者/蘭德爾‧門羅(Randall Munroe);譯者/黃靜雅

人類喜歡住在河流附近,這代表我們常常發現自己需要過河。

過河最簡單的方法是「涉水而過」,意思其實就是「假裝河不在那裡,一直走一直走,走多遠算多遠」。

圖/天下文化提供

在河水很淺的地區,人們通常會試著涉水過河,但即使是淺水,也可能會有令人意想不到的危險。水的流速有多快,不太容易判斷,只要深及腳踝的水,就能把人沖得連站都站不穩。

圖/天下文化提供

如果河水太深,無法涉水而過,你可以試著游泳過河。但游泳是否行得通,很大程度取決於河的狀況。如果河水太湍急,你可能會被水流沖到下游,或是被吸入急流或障礙物底下。

會游泳的普通人(但不是游泳選手之類的)游速可能是每秒 2、3 公尺。這比有些河快很多,也比有些河慢很多,河水的流速從每秒不到 0.3 公尺到每秒超過 9 公尺不等。

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假如河流是理想化的水域,以固定的速率沿直線流動,很容易就可以算出游泳過河所需要的時間,因為你可以直接游向對岸,忽略水流不計。游泳過程中,流速較快的河流會把你帶到下游較遠的地方,但你仍然會在相同的時間內游到對岸。

圖/天下文化提供

不幸的是,真正的河流並不是以均勻的速率流動。水的流速往往在河的中間比在河的邊緣更快,在河面比在河底更快。流速最快的地方通常位於河流最深處的上方、略低於水面下。河底平滑均勻、沿直線流動的河,其速率可能像這樣:

圖/天下文化提供

河床有寬平區域也有深水道,看起來可能比較像這樣:

圖/天下文化提供

如果你試圖游過這種河,你的路徑看起來會更複雜。而且,真正的河不會以直線流動。河裡有小漩渦、大漩渦和來來回回的曲流。在真正的河裡,你可能會發現水流不斷把你推離河岸,或把你捲入河底,或把你沖到下游的瀑布。

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聽起來挺危險的。我們還是來看一些別的方法吧。

跳遠過河法

如果游泳過河吸引不了你,你可以試著跨越它。如果河夠小的話,最簡單的方法就是跳過去。

圖/天下文化提供

有個簡單公式可以算出,在理想條件下,拋射物以斜角發射可以飛多遠。

\(距離= \frac{速率^{2}}{重力加速度}\)

你能跳多遠,確切的距離取決於你的跳法、起跳、落地的細節,但可能的距離是多少,這個公式提供了相當實際的估計值。根據公式,如果你以時速 16 公里起跑,預期可跳過的間距達到 2 公尺左右。這證實,以非常小的河來說,跳過去絕對是個選擇。

你可以藉由提高速率來增加距離,這就是為什麼跳遠冠軍有時候也是短跑冠軍,某種意義上,跳遠選手正是擅長於「突然向上騰起而不是向前衝刺」的短跑選手。最厲害的跳遠選手可以跳出將近 9 公尺的距離,這代表短跑速率在起跳前一剎那加速到時速 32 公里以上。

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自行車比短跑選手更快。如果你騎一輛很棒的自行車,用力踩踏板,或許能加速到時速 48 公里左右。以這樣的速率,你可以跳過 18 公尺寬的河(理論上)。

圖/天下文化提供

不幸的是,由於能量守恆,如果你起跳的時速是 48 公里,當你在對岸降落時,你的時速也會是 48 公里。這樣太快了,很容易造成嚴重或致命的傷害。在寬度「超過」18 公尺的河上嘗試這種特技,實際上可能比較安全。

如果你試圖跳過 24 公尺寬而不是 18 公尺寬的河,你會在「靠近對岸的水裡」降落,這樣對你的身體造成的傷害,大概會比「在堅硬的地上」降落來得不嚴重。

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至少,假設水夠深的話。

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更快的車子當然可以跳得更遠。時速 96 公里的汽車理論上可以跳過將近 73 公尺寬的間隔。然而,汽車以時速 96 公里降落,這不太可能。

圖/天下文化提供

飛車手克尼維爾(Evel Knievel)藝高人膽大,他因為騎摩托車飛越各種東西而出名,廣為人知的是,他曾嘗試騎火箭自行車飛越蛇河峽谷(Snake River Canyon)。由於法律因素,火箭自行車技術上被歸類為飛機。克尼維爾在職業生涯中究竟斷過幾根骨頭?這點眾說紛紜。但是他的「摩托車跳躍成功次數:骨折」比值並不大,可能還不到 1。

圖/天下文化提供

仔細想一想,或許你應該把「跳遠過河」留給專業人士,說不定專業人士也決定不要做這種事。

「掠水過河」法

人無法在液態水的表面上行走,至少在沒有科技或超自然力量的幫助下不行。

有些影片在網路上爆紅,影片中的人跑步過水、騎自行車過水或騎摩托車過水。所有這些特技背後的基本原理很簡單:如果你跑得夠快,當你碰到水的時候會滑過去。這些影片之所以爆紅,往往是因為至少它們看起來像真的一樣,直到惡作劇的始作俑者坦承,或是科普節目「流言終結者」(MythBusters)去嘗試,事情才真相大白。

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哪些類型的特技是真的、哪些是假的,以下是簡單的概述:

圖/天下文化提供

赤腳滑水的人都知道,為了保持在水面上,你的腳相對於水需要以大約時速 50 或 60 公里移動。就算是博爾特的飛毛腿,當他在衝刺時也沒跑那麼快。

自行車也不行。你試都不用試,只要問問經驗豐富的自行車手就能搞清楚。自行車手可以告訴你,自行車和汽車不一樣,自行車通常不會「打滑」。自行車或許會在潮濕的路面上摔倒,但由於車輪的彎曲形狀把水往兩邊推,所以自行車輪胎不會因為「抓不到地」而在一層水的上面「衝浪」。

圖/天下文化提供

摩托車輪胎比較扁平、胎面有花紋,和汽車輪胎一樣,兩者都會打滑,「流言終結者」節目已經證實,這些輪胎也可以用來「過水」一小段距離,相當戲劇化。但這又讓我們回到飛車手克尼維爾的地盤了。

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當然,有那種專門設計用來行駛於水面的車子。

如果你有船,那是非常完美的方法。事實上,有些河有長期駐守的船隻,在兩岸之間為人們擺渡往返。

——本文摘自泛科學 2020 年 2 月選書《這麼做就對了!:最ㄎ一ㄤ的生活科學指南》,2020 年 1 月,天下文化

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天下文化_96
132 篇文章 ・ 618 位粉絲
天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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【成語科學】涇渭分明:古時的涇水、渭水分明現在還看得到嗎?誰濁誰清呢?
張之傑_96
・2023/09/27 ・1050字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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涇渭分明,是個很常用的成語,比喻界限清楚,或是非分明。讓我們先造兩個句看看。

這兩個政黨的主張,可謂涇渭分明,毫無妥協餘地。

他對是非善惡一向涇渭分明,沒人能影響他的看法。

接下來要說明這個成語的出處。《詩經.邶風》有句話:「涇以渭濁,湜湜其沚。」涇、渭是河川的名字。「涇以渭濁」,是說涇河因渭河而渾濁了。「湜湜其沚」,是說形容涇河的清澈。

當清澈的涇河,流入渾濁的渭河,起初清濁分明,形成了一道明顯的界限。這個自然現象,衍生出「涇渭分明」和「涇清渭濁」兩個成語。後者用來比喻人品高下或事物好壞顯而易見,限於篇幅,就不造句了。

涇河、渭河流域。圖/Wikimedia

那麼為什麼會涇清渭濁,或涇渭分明?在農業沒興起前,大地覆蓋著樹木或草原,河濱草木蔥蘢,這兩條河肯定都很清澈的。到了《詩經》時代,渭河流域已經開發,水土日漸流失,哪還能清澈?這時涇河流域的自然環境還沒破壞,所以河水仍是清澈的。

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然而,後來涇河流域也開發了,水也變渾了,甚至比渭河還要渾濁。這是因為涇河全程流經黃土高原,水土流失較渭河流域嚴重。唐代詩人杜甫在〈秋雨嘆〉詩中說:「濁涇清渭何當分」,可見當時涇河已經濯於渭河。

涇渭分明。圖/飛哥聊科學

那麼現在呢?由於渭河流域上游環境破壞,加上流失的土壤含有鐵質的關係,渭河的水色變得赤黃。因此涇渭分明仍然存在,但已成為水色一深一淺,而非一清一濁。

從涇河和渭河的水質變化可以看出,水土保持和河川的關係。以我們台灣來說,在清代時,許多河川都可以行船。以章老師居家附近的景美溪來說,清代時船隻可以沿著景美溪一直上溯到石碇。

然而由於集水區植被破壞,河川的水量減少,現今已沒有一條河川可以行船。西部地區除了河川水量變少,大多還遭到污染。當山洪爆發,滾滾泥沙傾瀉而下,往往造成土石流災害。

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那麼就沒辦法整治嗎?當然有。只要河川上游限制開發,沖進河裡的泥沙就會減少;下游不再導入污水,水質就會改善。以景美溪來說,如今河水已不再惡臭,除了耐污染的吳郭魚,還有鯉魚、塘蝨等生息呢!不過要恢復到清代那樣,河水豐沛得可以行船,恐怕已不可能了。

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不管在哪裡都行,教你拍出更酷的自拍照!——《這麼做就對了!最ㄎ一ㄤ的生活科學指南》
天下文化_96
・2020/02/20 ・1757字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 444 ・四年級

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廣角自拍

這種使月亮顯得很小的廣角效果,同樣也會影響自拍的效果。

當某人用智慧型手機拍自己的臉時,他們的構圖本能可能會告訴他們把手機拿近一點,近到足以使自己的臉充滿整個鏡頭的絕大部分。但是在那樣的距離(通常比別人看你時站的地方近很多),智慧型手機的廣角鏡頭會產生很不自然的視角。

你的鼻子和臉頰比耳朵和頭部的其他部位更靠近鏡頭,使得鼻子和臉頰看起來比較大,正如在智慧型手機拍攝的照片裡,前景的建築物看起來比月亮大。這種「失真」(distortion)會使臉孔看起來和預期的樣子不太一樣。

為了減少這種效果,請將手機拿遠一點再變焦放大,可以在拍照時用相機的應用程式放大,或是拍完後再放大裁剪。

手機應該要拿多遠呢?為了盡量減少鏡頭裡多個物體之間的透視失真(perspective distortion),你和手機的距離,應該遠大於「手機與臉部最遠的距離」減去「手機與臉部最近的距離」。

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圖/天下文化提供

手機到臉部最近和最遠的五官的距離,兩者之間的差距可能不到 30 公分。也就是說,臉部的失真程度,端看你是把相機拿在離臉部正常的距離,還是手臂長長的伸出去。

將相機拿在離臉部 150 至 180 公分遠的地方,幾乎可以完全消除這種失真的現象,但是我們的手臂不夠長,這多少有助於解釋自拍桿的大受歡迎。

試試不同的視野,拍出更酷的自拍照

透視失真可能會改變臉部五官的相對大小,但還有另一種方法也會影響你的照片,這種方法可能會帶來各種前所未見的自拍照。

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當使用變焦放大時,會改變背景物體的外觀大小。如果你站在距離很遠的大型物體前面(例如一座山),照相機的變焦對於「山看起來有多大」可能有顯著的影響。

如果你設定好照相機的計時器,然後走到離照相機很遠的地方,就能把一座很小的山拍得看起來像是巨山一樣。

圖/天下文化提供

月亮自拍照

智慧型手機鏡頭的變焦範圍有限,但是如果你的照相機具有功能強大的望遠變焦鏡頭,便可拍攝一些非常有趣的自拍照。你甚至可以重現那些「月亮在天際線後方」的照片,不過是利用你自己的身體來拍,而不是建築物。

圖/天下文化提供

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我們可以利用幾何學來計算,照相機需要離你多遠,才能拍出「月亮在你的後方當背景」的照片。

圖/天下文化提供

這個算式告訴我們,照相機要離你大約 183 公尺遠,才能拍出「月亮自拍照」。

圖/天下文化提供

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既然沒有人製造 183 公尺長的自拍桿,你可能要將照相機裝設在某種三腳架上,再用遙控的方式按快門。

像這樣的照片,要對準鏡頭可能會很麻煩;你需要找到一塊區域,有很高的地方可以站,而且在你與月亮之間要有長長的、一覽無遺的視野。月亮移動迅速,所以等到一切都對準了,你只有一小段空檔可以拍照,差不多 30 秒而已。只要短短兩分鐘出頭,月亮就會完全移出視線。

圖/天下文化提供

利用適當的濾鏡(如果你非常謹慎),你甚至可以拍攝類似的太陽自拍照。這樣可能會損壞照相機,所以在你嘗試拍攝之前,請先諮詢當地的天文俱樂部或攝影器材店。

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如果貿然行事,你很有可能會讓照相機著火。當你用照相機對準太陽時,絕對不要透過光學取景器觀看。你的眼睛和照相機也許功能不太一樣,但是都一樣很容易燒出破洞。(編按:危險動作,請勿模仿!)

圖/天下文化提供

——本文摘自泛科學 2020 年 2 月選書《這麼做就對了!:最ㄎ一ㄤ的生活科學指南》,2020 年 1 月,天下文化

天下文化_96
132 篇文章 ・ 618 位粉絲
天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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一樣的月亮,為什麼我們拍的不一樣?——《這麼做就對了!最ㄎ一ㄤ的生活科學指南》
天下文化_96
・2020/02/19 ・2519字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 468 ・五年級

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  • 作者/蘭德爾‧門羅(Randall Munroe);譯者/黃靜雅

我們常常以為眼睛有如一對照相機,但是人類的視覺系統比任何照相機都要精密複雜得太多了,因為視覺是自然而然發生的,所以我們很容易忽略其複雜性。我們看到景象,腦海中出現畫面,但我們並沒有意識到,要有多少的處理、分析和交互作用才能產生那樣的畫面。

照相機通常是用大致相同的解析度來看影像的每個部分。如果用手機相機拍下現在閱讀的頁面,照片中央的字與邊緣附近的字會由大約相同數量的像素組成。但是,眼睛並不是那樣運作的。

眼睛在視野中央看到的細節,和在邊緣看到的細節有很大的差別。眼睛實際的「像素網格」(pixel grid)看起來很奇怪:

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我們沒有注意到解析度差異很大,是因為我們的大腦已經習慣了。我們的視覺系統處理影像,給我們的整體印象是:我們看到的就是現場的樣子,和照相機看到的是一樣的東西。這樣行得通⋯⋯直到我們開始比較腦海中的畫面和真實照相機產生的畫面,才發現大腦私底下一直在幫我們調整很多的變量。

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照相機和眼睛在各方面都有差異,其中之一是它們的視野(field of view)。攝影學上的許多困惑都是視野引起的,而且視野對於自拍有特別顯著的影響。

當你拿起照相機靠近自己的臉拍攝時,你的五官看起來會不太一樣。想要明白為什麼(以及這如何影響各種照片),我們先來談談超級月亮(supermoons)。

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你的月亮不是我的月亮?

網路報導三不五時就會輪番瘋傳,針對一些即將到來的天文事件散播聳動的言論。

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這些報導偶爾會附上天際線後方的「超級月亮」照片,如下。

圖/天下文化提供

然而,當人們去外面拍攝月亮照片時,拍到的卻是這個樣子:

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圖/天下文化提供

到底是怎麼回事?第一張照片是假的嗎?可能是,但通常不是。

相反的,這是利用望遠鏡頭、以非常窄的視角所拍攝的照片。每張照片都顯示某種視野。寬的視野看得到兩邊的東西,窄的視野只看得到鏡頭正前方的物體。

圖/天下文化提供

「變焦放大」(zoom in)的意思是窄化視野。

我們很容易認為變焦放大是「靠近」主體,因為放大使小的主體變大、充滿整個畫面。但「變焦放大」與「靠近」不太一樣。當你靠近主體時,照片中的主體變大了,但遠處的背景維持同樣的大小。當你變焦放大時,主體和背景都變大了。

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人們被這種差異給搞混了,原因在於我們的眼睛只有一個視野。

我們可以將注意力集中在視野中央的事物上,但眼睛涵蓋的總面積維持不變。視野特別寬或特別窄的照片可能會令人嚇一跳。

幾十年來, 攝影師的經驗法則向來是:50 毫米全畫幅鏡頭產生的影像,在人們眼中看起來很「自然」,不太寬也不太窄。令人意外的是,這種「自然的」鏡頭產生的視野很窄,視角大約 40 度而已,和「手拿精裝書、離自己的臉大約 30 公分所涵蓋的範圍」差不多。

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突破傳統攝影的智慧型手機

但是智慧型手機可能正在改變這一切,因為手機鏡頭的視野比舊式的 50 毫米鏡頭寬很多。

舉例來說,iPhone X 具有 65 度的水平視野,使用者不必後退,便可將較寬的景象納入鏡頭(然而,這對某種常見的攝影主題來說還不夠寬:彩虹。彩虹在天空的涵蓋角度是 83 度,有點太寬了,以致 iPhone 的鏡頭容納不下)。

這些廣角鏡頭已經變得愈來愈普遍,因為使用智慧型手機的人想要拍攝看起來很自然的生活照,或可同時拍到很多人的自拍照。

傳統的 50 毫米相機很難拿在一臂之長的距離自拍,而手機在拍完後很容易就能裁剪影像,所以出現兩邊「太寬」的差錯也無所謂,使用者再進行縮放和裁剪就行了。

但是,廣角視野是有代價的:當你用廣角鏡頭拍攝小型或遠處主體的照片時,拍出來的可能並不是你預期的樣子。

對人類來說,月亮很吸睛。即使我們沒有真的用眼睛「放大」,也會將注意力集中在月亮身上。我們利用自己的高解析度視覺,專挑月亮的細部來看,無視於月亮周圍相對較無趣的天空。

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但是智慧型手機不知道如何像大腦那樣「集中注意力」。月亮只不過是它的超廣角鏡頭裡的另一團像素而已。要拍攝好看的月亮照片,你需要變焦放大,而智慧型手機在這方面的功能有限。

圖/天下文化提供

如果你的照相機真的可以變焦放大,你想包含在照片中的所有其他東西(比如周圍的建築物和樹木),鏡頭裡就再也容納不下了。從你站的地方看起來,那些東西比月亮還要大,儘管它們顯然並不是這樣(除非你們城市的土地區劃法特別寬鬆)。

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如果你想要物體相對於月亮顯得較小,你就必須離得夠遠,使物體占據天空的一小角。以建築物來說,此距離可能相當遠。為了拍攝「巨大無比的月亮在城市天際線後方」之類的照片,攝影師通常需要站在距離城市幾公里遠的地方。那張漂亮的照片,大概是花了好大一番工夫與規劃才拍到的。

圖/天下文化提供

為什麼在普通的照片裡,建築物看起來那麼大、月亮看起來那麼小?因為建築物比月亮近多了。說到這裡,我們再回過頭來談自拍照。

——本文摘自泛科學 2020 年 2 月選書《這麼做就對了!:最ㄎ一ㄤ的生活科學指南》,2020 年 1 月,天下文化

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