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搭訕要像光一樣地移動

賴 以威
・2013/12/09 ・1914字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 446 ・四年級
相關標籤: 人潮 (1)

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Photo Credit:Øklands trykksaker

各位有在路上搭訕的經驗嗎?

據說現在鮮少人這麼做了,很大一部分是大家都在低頭玩手機(還有個搖一搖就能搭訕的軟體,這種輕鬆方便到令人忌妒的功能,真是污辱了古早時期搭訕者的勇氣與決心),沒什麼人抬頭四處張望。

安排命中注定的情侶擦身而過,結果一個在上臉書一個在玩小遊戲,連月下老人都不知道該怎麼辦。

真遺憾。

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錯過的搭訕

古早味的搭訕,通常發生在等朋友、等公車、等紅綠燈,站在某個地方等待的時候。想像你站在廣場一隅,攘往熙來的行人,形成兩道南北反向的河流,緩緩流經廣場。

瞬間,站在東南角的你胸口一緊,你瞧見廣場西北角佇立著一位女孩,她以側面45度對著你,頭向下俯角20度,差不多是找地上有沒有銅板的角度,臉上掛著30度的笑容,露出一個深度0.3公分的酒窩,大約能裝下2毫升的依雲礦泉水。

你摸一下後腦,確認是否有破洞,不然,為什麼理想的她竟然從腦海中走出來了。你擦一下眼鏡,確認她沒有消失,不是你單身過久,強烈的思念將她的影像從眼睛裡投射到自己的鏡片灰塵上,比Google glass還先進。沒錯,她是真人,而且她剛還摳了一下鼻子,擦在電線杆上,她這個動作,美到簡直可以做成月曆銷量破百萬。

你注意到她抬頭看了一下對面的紅綠燈,一飛秒(femtosecond: 10的負十五次方秒,飛秒雷射的飛秒就是這個意思)內,你下了決定,你知道如果你沒行動的話,這輩子都將浸泡在絕望中。

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走過去吧,就算最後一刻孬掉,你也可以像個變態一樣去摸電線杆!

你邁出步伐,越走越快,最後跑了起來,你想像自己像一道,沿著廣場對角線,筆直地衝向她。她過馬路,紅燈亮起,她消失在車流之後。你雖然想衝過去,但又怕在這條八線道上,一不小心連三途河都過就不妙了。

下個綠燈亮起,你趕過去,她已不知去向。

事後,你躲在自己的小房間裡,旁邊擺著一張擦過電線杆的衛生紙。你怨恨自己為什麼不早幾秒看見她,為什麼不敢衝過馬路。你祭出最狠的自我懲罰,拿出國中理化課本,全部習題重做一次,又無聊又嗜睡又還不大懂,沒有比這更殘酷的懲罰了。忽然,你瞥見課本上的一張圖,一股懊惱從啤酒肚湧上。

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你發現你錯了,你沒有像光一樣地衝向她。

光都會拐彎

下圖是以數學角度描述的廣場示意圖:

13. 搭訕要向光一樣地移_Fig1
13. 搭訕要向光一樣地移_Fig1

首先,我們得知道,通過兩條人河的最快速度是不同的。好比逛夜市,忽然想吃另一側的攤位,要是那攤位在前面,你加快腳步就能快速抵達。但要是那攤位在後頭,你只能邊忍受其他人的白眼,邊緩慢地移動到那兒。

回到廣場上,當你往北跑,穿越往北人潮與穿越往南人潮的最快速度是不同的。你應該盡量在移動速度快的往北人潮中待久一點,以縮短移動時間。但偏偏最短距離又是對角線,路線偏離對角線越遠,得走越多路,移動時間因此增加。

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假設你在往北與往南的人潮中移動的最快速度各自是v1與v2,往北與往南的人群寬度告自是x1與x2,在往北人群裡往北移動的距離為y1,廣場南北的長度是y。利用三角形斜邊長為兩邊平方和開根號,移動時間為移動距離除以移動速度,我們可以算出移動所需的時間為

13. 搭訕要向光一樣地移_Fig2

想調整y­1以最小化移動所需的時間,盡快跑到夢中情人的身邊,我們得將上面的式子對y1微分

13. 搭訕要向光一樣地移_Fig3

化簡後得到v1/v2 = sinθ1/sinθ2。如前圖所示,θ1與θ2是從第一道人群進入第二道人群時的入射角與折射角。這式子告訴我們,給定通過兩條人河的最快速度v1與v2,你必須要調整到進入不同人群時,入射角跟折射角比例等於速度的比例。這正是國中理化的司乃爾折射原理:經過不同物質,會產生折射。這才是光傳輸的真正路徑。一端在水中的筷子看起來像是斷掉一樣,正是司乃爾定律造成的。

要是你真的如同光一樣地追逐夢中情人的背影,有計算過最佳的折射角度,那你將會比原來更快抵達她的身旁。說不定,此刻你的衛生紙上已經寫著她的電話了。

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你感覺到月下老人拿著理化課本,對你嘆了一口氣。

這一切,都是因為你國中理化課在打瞌睡。

註:更多賴以威的數學故事,請參考《超展開數學教室》。

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文章難易度
賴 以威
32 篇文章 ・ 10 位粉絲
數學作家、譯者,作品散見於聯合報、未來少年、國語日報,與各家網路媒體。師大附中,台大電機畢業。 我深信數學大師約翰·馮·諾伊曼的名言「If people do not believe that mathematics is simple, it is only because they do not realize how complicated life is」。為了讓各位跟我一樣相信這句話,我們得先從數學有多簡單來說起,聊聊數學,也用數學說故事。 歡迎加入我與太太廖珮妤一起創辦的: 數感實驗室 。

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不是不會髒,而是更難沾:耐污馬桶的表面科學
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/09/22 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 Panasonic 合作,泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享,不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上,「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水,但過不了幾天,馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑,甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢(黏質沙雷氏菌)。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」,讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看,世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制,並非打造完全不沾染髒污的材質,而是調整表面的物理與化學屬性,使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力,透過日常水流沖刷,便能輕易地將髒污帶走。

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為什麼污垢「黏不住」? 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」,我們得先像偵探一樣,拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇:

  1. 水垢與礦物沉積*1:我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時,這些離子會逐漸結晶析出,變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
  2. 生物膜與有機物*2:包含尿液中的無機鹽、油脂殘留,以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物,所組成的黏滑防禦大本營。
關鍵不是沖水,而是「這些污垢如何抓住表面」

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」,前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼,材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢?答案就藏在「表面能(Surface Energy)」與「濕潤性(Wettability)」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時,水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠,還是迅速攤平開來?這取決於表面的特性:

  • 疏水路線(Hydrophobic)*1:具備低表面能的疏水表面,能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠,當水珠滾動滑落時,就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走,這就是著名的「自清潔效應」。
  • 親水路線(Hydrophilic / Superhydrophilic)*2:相反地,極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子,在材料最外層形成一層薄薄的「水化層(Hydration Layer)」。這層水化層就像是實體的液體盾牌,讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底,只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻:傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆,髒污就像攀岩者,需要找到落腳點並用力撐住才能攀附;而我們做的是抽掉把手點,或是在把手上塗上潤滑油,讓髒污找不到施力點,自然難以停留。

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材料科學的核心:想辦法讓污垢「抓不住」

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢,下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢,在微生物學中被稱為「生物膜(Biofilm)」。細菌並不是孤立生長的,當單顆細菌落在表面後,如果覺得環境舒適,它就會開始分泌胞外聚合物(EPS),這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起,並築起堅固的防禦堡壘,這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出,要阻止生物膜形成,除了化學上的抗菌,材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論(Attachment Point Theory)」:

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  1. 粗糙與微孔洞表面:如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞,細菌(體積通常約 1 到 3 微米)就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點,還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
  2. 極致平滑與微結構表面:相反地,如果材料表面做到極致平滑,完全沒有微米級的缺陷;或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構,細菌的足跡構造(如鞭毛或纖毛)就無法在表面找到穩固的「接觸附著點(Contact Points)」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時,它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外,現代衛浴結構在設計時,也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角,等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

阻止細菌、生物膜找不到「落腳點」

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何,我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系:【材料層(低附著力)】+【結構層(無縫平滑)】+【動態流體層(泡沫與水流剪切力)】= 高效清潔!

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例,就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表:

1. 材料層:有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」(以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料,這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩)。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性,水滴不易長時間攤平停留;材質堅固、不易破裂,耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試,這種素材配合泡沫洗淨,在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌,從源頭阻斷細菌定殖。

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2. 結構層:無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上,A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計,減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫,並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計:

  • 泡沫防護:在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層,有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺;
  • 外圍防護:馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔,防止液體延著外壁滴落至地板;
  • 測漏防護:便座與馬桶本體採用不外露的防護設計,避免液體從縫隙飛濺滲漏。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶

3. 動態流體層:雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時,A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污,再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙,徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著,配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」,利用旋轉產生的流體剪切力,一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外,Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技,釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污,維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆,但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計,到微觀幾何的附著點控制,再到流體力學的水流沖刷,一座現代抗污馬桶的演進,縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而,A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破,展示了材料科學的另一種聰明思維:不靠強酸強鹼硬打,而是透過物理與化學邏輯,將「污垢固著」的機率降到最低。

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當材料科學與現代衛浴技術結合,刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持,我們得以從繁重的家務勞動中解放,享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文:A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文:Brushing up functional materials

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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