6

12
2

文字

分享

6
12
2

今晚,我想來點……圓周率的派(π)!

Yi-Hsuan Lee_96
・2021/03/14 ・2391字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 529 ・七年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 作者/李奕萱

3 月 14 日是什麼節呢?白色情……呸呸呸!身為科學愛好者今天過的是 π day 啦!

π day 訂在 3 月 14 日,並通常在下午 1 時 59 分慶祝,是取自圓周率(π)的近似值 3.14159 而來。圖/pixabay

2009 年,美國眾議院正式通過麻省理工提出將 3 月 14 日定為國家圓周率日的申請,將 3 月 14 日正式定為圓周率日(pi day)。世界各地的科學家會吃圓周率(派,pie)、喝圓周率(雞尾酒,piña colada)、玩圓周率(皮納塔,piñata)……來紀念這個科學界的重要常數── π。這些人有多喜歡 π 呢?他們甚至發明了 π 語言!

早在 1988 年物理學家 Larry Shaw 就在舊京山的科學探索館舉辦了第一次的「π」對,人們吃派和討論關於π的事物。圖/Wikipedia

什麼是π語言呢?

π語言(Pilish),是一種特殊的書寫格式,每個單詞中的字母數與π的對應數字匹配。第一個單詞包含三個字母,第二個單詞包含一個字母,第三個單詞包含四個字母,依此類推。舉例來說:How I need a drink, alcoholic in nature, after the heavy lectures involving quantum mechanics! 就是典型的π語言,How 由三個字母組成,I 由一個字母組成,並接續下去。人們利用這個格式創作 π 文章或是 π 詩,其中最有名的是邁克爾·基思(Michael Keith)發表的一首以 π 為主題的詩《piku》:

It’s a moon,

A wheel revolving on golden earth, and lotus blossoms.

Mountains embrace windmills, and it all reflects this number, pi.

這首詩不僅符合每個字母數的規定,甚至每句的音節數也符合規定:第一句 3 個音節,第二句 14 個音節,第三句 15 個音節。π 語言除了是一種創作形式,也衍伸出一種記憶技巧──圓周率文字學(Piphilology),先記憶 π 語言撰寫的故事再回復成數字的形式來背誦 π。你想不想也試著寫看看 π 詩呢?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
邁克爾甚至用這種語言寫了一本一萬字的書,叫做《不醒》(原文書名 Not A Wake: A Dream Embodying π’s Digits Fully For 10000 Decimals,也符合 π 語言的格式喔!)。圖/amazon

所以 π 是怎麼來的呢?π 又代表什麼呢?


π 源自於希臘語的 περίμετρος,有「周長」的意思,為一個圓的周長和其直徑的比值,看似很簡單的定義卻讓人類研究了數千年還是對她著迷不已。π 是無理數,用小數來表示的話就會形成一個無限的不循環小數,也就是你無法找出這些數字的規律,現代有超級電腦可以幫忙計算,那麼在沒有電腦甚至沒有計算機的的古代呢?

π 的計算最早要回溯到古埃及時期,以畫圓面積的方式計算出 π =3.16,雖然離更正確的 3.14159… 有一段差距,但當時可是公元前 1850 年的石器時代呢!後來曹魏時期的數學家劉徽和希臘化時期的阿基米德相繼提出了以相似多邊形逼近的來估算圓形周長的方式,而這些新方法也讓我們更加接近 π。

π 又有人稱作阿基米德常數,阿基米德晚年致力於幾何研究,相傳在羅馬戰士攻進城裡時阿基米德還在研究 π 的計算。圖/wikipedia

那麼 π 這個神秘的常數,在各個學界有什麼不一樣的地位呢?對於一般人來說,課本告訴我們計算π的時候要代近似值 3.14;對於軟體工程師來說,只要輸入指令就能直接從後台計算π;對數學家來說,近似值根本是邪教!!π 就是圓周跟直徑的比值,就是無法被窮盡的無理數。而這時工程師說話了:「那就當作 3 吧!」數學家頓時氣死在路邊……

工程師把數學裡兩大無理數:圓周率(π)代入 3、數學常數(e)代入 2,時常被做成迷因調侃。

海浪居然也跟 π 有關?


你知道嗎?海浪、聲音、電、路燈光線強度……這些看似跟圓形沒什麼關聯的事物其實都跟 π 有關係喔!還記得高中物理學過的海浪的簡諧運動嗎?當你把一塊會漂浮的木頭丟到海裡,木頭隨著海浪做上下規律的簡諧運動,當你把那塊浮木的運動軌跡記錄下來你就能得到一福完美的波浪圖,而圓型的秘密其實就藏在這幅圖裡!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
除了波浪有做簡諧運動,水分子本身也在做簡諧運動。圖/Daniel A. Russell from Longitudinal and Transverse Wave Motion

想像有一個圓形操場,你沿著跑道等速繞圈圈,並且有一道平行光從北邊打過來,這時你就會發現自己印在南邊牆上的影子軌跡也形成一幅一模一樣的波浪圖。也就是說海浪的起伏可以看作是等速度圓周運動的投影,這就說明了簡諧運動中的週期公式 \( T=2π\sqrt{\frac{m}{k_m}} \)為什麼有π在裡面了!

π 還有一些有意思的故事!

世界上有一群熱愛 π 的人,那就有另一群討厭π的人,他們認為我們在計算圓的時候應該使用的常數是 τ(念 Tau,τ=2π),也就是圓周和半徑的比值,τ 的擁護者則會在 6/28 慶祝 τ day。除了科學界慶祝圓周率,影劇界也會開π的玩笑,星際爭霸戰影集在某年 3 月 14 日的劇集中將π的最後一位數當作電腦破譯密碼,但我們知道π是一個無理數,所以我們大概也就永遠無法破解那部電腦了。π 就是這麼神秘且令人著迷,甚至法國奢侈品牌紀梵希就曾經推出一款命名為π的男性香水,是專為聰明、有遠見的男人設計的木質調香。

史巴克:「我們應該都知道 π 是一個無法被解決的超越數吧!」圖/IMDb

3 月 14 日不僅是 π day 同時是愛因斯坦的生日、史蒂芬霍金的忌日,是不是也為這天蒙上更神秘的色彩呢,那麼何不一起吃個派慶祝 π day 吧!

參考資料:

  1. Pi – Wikipedia
  2. Larry Shaw (Pi) – Wikipedia
  3. Exploratorium – Wikipedia
  4. 阿基米德 – 維基百科,自由的百科全書
  5. Daniel A. Russell(2016). Longitudinal and Transverse Wave Motion.
  6. Longitudinal and Transverse Wave Motion
文章難易度
所有討論 6
Yi-Hsuan Lee_96
3 篇文章 ・ 1 位粉絲
Science Communicator | 數學系畢業,跑到心理系當了一年間諜,現在是應用科學研究生。喜歡文學、古典戲劇和薏仁。立志在台灣創造一個老人小孩都能樂在其中的科普空間。

0

2
0

文字

分享

0
2
0
人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
199 篇文章 ・ 304 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

0

1
0

文字

分享

0
1
0
【科學說文解字】才不是白色情人節!是 π DAY!公式裡常見的符號到底該怎麼寫、怎麼唸?
PanSci_96
・2024/03/14 ・779字 ・閱讀時間約 1 分鐘

各位觀眾~今天是什麼節日呢?

什麼?情人節?

嘖嘖嘖,只知道這個的話就膚淺了。

今天可是圓周率日、愛因斯坦的生日、霍金的忌日……是巧合嗎?我可不這麼認為!總之,對於科學界來說,3 月 14 日不僅僅是白色情人節,而是一個意義非凡的日子!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

那圓周率又有什麼酷酷的地方讓科學家如此著迷,甚至有一個專門的節日呢?快點進影片,一探究竟吧!

除了 π(pi)之外,你還認得哪些希臘字母呢?從國中就認識的朋友——代表波長的 λ(lambda):

還是代表頻率,長得很像 v,常常害小編認錯的 ν(nu)?

在高中認識的 μ(mu),除了用於微米、代表摩擦係數,它還有什麼意思呢?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

快動動你的指頭搜尋一下吧!

最後這個像蛇的符號是什麼啊?長得有點像 Z 的書寫體?

沒錯!拉丁字母的 Z 就是從 ζ(zeta)來的。

而數學上有許多 ζ 函數,其中,最為知名的便是發現質數規律的黎曼 ζ 函數。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

歡迎訂閱 Pansci Youtube 頻道 獲取更多深入淺出的科學知識!

討論功能關閉中。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
【成語科學】水漲船高:浮力是什麼?為什麼蘇伊士運河會「大排長榮」?
張之傑_96
・2023/10/11 ・1096字 ・閱讀時間約 2 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

根據教育部編《國語辭典》,這成語的解釋是:「比喻人或事物,隨著憑藉者的地位提升而升高。」你覺得拗口是不是?其實這成語是說,水位高了,水裡的船跟著升高,造兩個句你就更明白了。

油價一漲,民生用品水漲船高,人們的生活開支就增加了。

最近老師教得認真,結果水漲船高,段考成績普遍提高了。

如果水位變低了呢?水裡的船當然跟著降低。當水位低於船隻沒入水中的部份(稱為吃水),船隻就會擱淺。談到這裡,就得談談浮力原理了。

這原理的發現還有個小故事呢!相傳某希臘國王,做了一頂純金王冠。有人密報,金冠攙假。然而秤一下重量,又和當初交給金匠的純金一樣重。國王還是不放心,就請科學家阿基米德鑑定。

阿基米德苦思多日,想不出辦法。一天,他在家裡洗澡,當他進入澡盆時,看見水往外溢,突然悟出:「可以用測定固體在水中排水量的辦法,來確定金冠的比重啊!」他興奮地跳出澡盆,大聲喊著:「尤里卡,尤里卡!」(尤里卡,就是「發現了」的意思)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
阿基米德驚呼「尤里卡!」。圖/wikimedia

阿基米德把王冠和同等重量的純金,放在兩個容量相同、盛滿水的盆子裡,發現放王冠的盆子,溢出的水比另一盆多些。說明王冠的體積,比相同重量的純金的體積大,證明了王冠並非純金製的,揭露了金匠欺君之罪。

阿基米德因此發現了浮力原理(又稱阿基米德原理):物體在水(液體)中所獲得的浮力,等於物體所排出(開)液體的重量。根據浮力原理,只要水夠深,幾萬噸的船都能浮在水上,因為它排開的水,比船還要重啊!

章老師曾搭乘郵輪經過蘇伊士運河。這條運河寬 205-225 公尺,深 23-24 公尺,所以只要船隻吃水的部份不超過 20 公尺,保證可以通行。章老師搭乘的是艘中小型郵輪,只有 3.5 萬噸,加上 1000 名乘客和 400 位工作人員,吃水可能不到 10 公尺。走在我們前面的,是艘 10 萬噸級的貨輪,也行駛得十分順當。查一下資料,這條運河可以浮起 24 萬噸的船呢!

卡在蘇伊士運河中,造成「大排長榮」的長賜號。圖/wikimedia

那麼 2021 年 3 月間怎會發生蘇伊士運河事件?發生事故的長賜號,總噸位 220,940 噸,寬 58.8 公尺,都在安全值之下。可是運河水深 23-24 公尺,是指中央的航道,靠近岸邊就沒那麼深了。長賜號被強風吹離航道,在岸邊擱淺。這還不說,長賜號全長 399.94 公尺,擱淺時斜著卡在運河中,把整條運河堵住了。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
張之傑_96
103 篇文章 ・ 224 位粉絲
張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。