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用積木拼電路

邱文凱
・2013/12/20 ・1937字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 512 ・六年級

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還記得小時候,當大家搶買金剛戰士、四驅車,我在附近的書局看到了一款由光復出版的電子實驗機,比起當時的其他玩具,它的外觀實在不起眼XD(很像計算機,就是下圖),但我卻深深被當時我完全看不懂的電路符號所深深吸引,所以就跑去做資源回收存錢買了一台。

電子實驗機

而時隔多年,又見《大人的科學》迷你電子積木,自是勾起不少回憶,便迫不及待地開箱了(其實《大人的科學》也有出復刻的學研電子積木EX-150

開始拆封

一開始映入眼簾的是綠油油的包裝(可能是因為積木是綠色的?)
電子實驗機2

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翻到包裝盒封底,發現很貼心的附上各積木的數量供讀者確認。
電子實驗機3

剛打開包裝,可能有很多讀者會開始納悶:怎麼感覺都組裝好了?
電子實驗機4

其實這的確是這五期《大人的科學》雜誌中,組裝時間最短的一期(20分鐘內),但並不要因為這樣而小瞧它喔!麻雀雖小,五臟俱全。小小的它,可是擁有50 種以上的應用呢!這一顆顆小小的積木,就跟Minecraft裡的方塊一樣,可以創造出無限的可能性呢(右圖感謝好友 陳民峰 提供)
電子實驗機5

翻到零件背面,會發現各電子零件隱藏於積木之中,且接線早已焊接好(代表組裝時要小心別弄斷),十分適合還不會焊接的小朋友體驗電路的神奇。
電子實驗機6

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在組這迷你電子積木前,得先準備一隻順手的螺絲起子。
《大人的科學》 35mm雙眼相機內附的磁性螺絲起子,就是個好選擇(具有磁性可以輕易拿取螺絲釘)。
電子實驗機7

拿出內附的電路板時,感覺其導線與接點的連結看來有些脆弱,所以再將纏繞成一團的導線解開時,請務必小心一些。
電子實驗機8

然後再接電路板上灰色跟黑色導線時請小心(下圖紅圈部分),因為線材的長度很剛好(其實有點過短),請小心別硬扯以免損毀,而導線的位置也是精心設計過,請先照著說明書調整、檢查後,再鎖上電路板的螺絲。

 電子實驗機9

最後再翻到正面來裝上旋鈕、貼紙等物,迷你電子積木就大功告成囉!
電子實驗機10

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接著先照著說明書的指示,一一檢查電子積木是否可正常運作。
因為有時候即使外觀沒有問題,但卻有可能發生假焊或內部電子元件損毀的情形。
依序測試其聲音放大器、發光二極體(LED)、電晶體(尤其是電晶體,外觀難以看出是否正常)。
電子實驗機11尤其檢測電晶體時最有趣,一開始把主電源打開時,LED並不會發亮,這並不是因為電晶體損壞喔,反而是代表狀態正常。當以手指分別捏著上圖黃圈框住的兩個接點時,LED才會發亮。至於為何有如此奇特的效果呢?就麻煩大家自行翻閱雜誌囉!

最後來介紹一種我最好奇的功能—電子螢火蟲

照著說明書組出來後,來看看實際效果吧!

呃…跟實際的螢火蟲比,這發光頻率也太低了些。
(真正的螢火蟲)

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幸好後來組了另外一個非諧振電路,總算讓房間裡出現螢火蟲的光芒了XD

 

而把非諧振電路的綠光LED等改為紅光LED之後,有沒有跟鹹蛋超人胸前閃爍的紅光很像呢XD

除了實體的電子積木,學研電子也推出了一款電子積木app,讓大家隨時隨地都可以享受拼電路的樂趣。

當然,也可以自行設計延伸的功能
這裡提供一個範例—流洩出的螢光(簡易做法放在影片說明囉)

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邱文凱
9 篇文章 ・ 0 位粉絲
相信著 "以人化物" 器物再美,缺乏人的溫度,終將不完美 而若多一分人性的溫暖,便能包容原先器物的小缺陷 這是設計科學小物的初衷 希望這些東西能充滿著溫暖,無論是手心的亦或是內心的

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
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賴昭正_96
43 篇文章 ・ 56 位粉絲
成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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從身高就能看出陰莖有多長?關於陰莖長度的那些事
miss9_96
・2020/06/18 ・1763字 ・閱讀時間約 3 分鐘

  • 以下文章以陰莖的相關研究為主題,請斟酌觀看。

「身高越高,陰莖越長;體重越重,陰莖越短1。」我們都多少有耳聞過男性的陰莖長度可以透過身高、耳垂,或腳的大小,來進一步推測2。咦(大驚),這是真的嗎?身高、體重、腳掌大小等真的跟陰莖的長度有關係嗎?

眾人非常有實驗精神的在討論陰莖長短(並不是)圖/wikipedia

陰莖平均有多長?能從外表看出來嗎?

自古以來,人類就對「如何從外觀,判斷陰莖長短」相當熱衷。相關統計最早可追溯到 1899 年,當時的科學家透過統計發現,身高和陰莖長度成正相關(r=0.44, p<0.01)2。然而,這已經是相當古早以前的報告,怎能代表堂堂的現代男子呢?

為了解開這個謎團,義大利科學家徵召了 3,300 名 17-19 歲的男性,於 2001 年發表了共同研究1,統計結果如下:未勃起且未拉直的陰莖長度中位數是 9 公分,而未勃起且拉直後的陰莖長度中位數是 12.5 公分 註1。只有 2.5% 的男性在未拉伸時短於 4 公分,拉直後仍短於 7 公分註2

中位數 2.5百分位數 97.5百分位數
未勃起、未拉直 9 公分 4公分 12.5公分
未勃起、拉直後 12.5公分 7公分 17公分
  • 來個對比物:新上市的 iPhone SE2,長度為 13.8 公分

團隊再細究身高、體重和陰莖長度之間的關係發現1:不論是未拉直或是拉直後的陰莖長度,都與身高呈正相關,而與體重和 BMI 呈負相關。

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換言之,在這份統計當中我們可以知道:身高越高,陰莖越長;體重越重,陰莖越短(蓋章!)。

不過關於陰莖長度與其他身體部位關係的研究不只這一起。1993 年的加拿大團隊發現,陰莖長度和腳掌大小間,也有相關性!腳掌越長、陰莖越長;儘管是微弱的相關性,但仍具統計意義(r = 0.27, p <0.02)2(嗯哼~想買大一點的鞋子了嗎?)。

陰莖長度和腳掌大小間也有相關性。圖/wikimedia

而在 2015 年,英國研究蒐集過往 17 篇研究、15,521 位全球男性的資料。結果顯示,未勃起的陰莖長度平均為 9.16 公分;勃起後長度為 13.12 公分。從分布來看,100 位男性中,只有 5 位勃起後的陰莖長度超過 16 公分4。BUT,理想與現實總是有差距,特別是問男性自己的陰莖有多長的時候……

顯然實際的陰莖長度,與鄉民們的三十公分有相當大的差距。那到底是鄉民們真的特別雄偉,還是其實是⋯⋯特別有想像力呢?

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有了性經驗,就覺得自己好長好長?

男性幻想裡的陰莖尺寸只有三種:大、超大、大到連門都走不出去3

研究發現,男性心目中的「理想陰莖長度」比實際的平均尺寸,更長3(相當不意外呢XD);且根據調查,近七成的異性戀男性希望自己的陰莖更大 3 註3(不意外 combo)。那男性對於自己陰莖大小的自我判斷和什麼因素有關呢?

男性對自己陰莖大小的自我評估,似乎和自信有關係。圖/plurk.com

2019 年在《性與婚姻治療期刊(Journal of Sex & Marital Therapy)》的一篇研究,召集了大學生們(多數為白種人),請他們「自己的陰莖長度自己填」。有趣的是,有性經驗的男性,所填報的勃起長度,遠高於客觀數值(過往文獻中,由研究人員量測、非受測者自評的平均值),分別是 6.62英吋/16.8 公分(自己填)和 5.36 英吋/13.6 公分(客觀平均值)3。而沒有性經驗的男性,在自我填報時,明顯謙虛、實際許多(5.67 英吋/14.4 公分)。

這群有性經歷的男性中,有三成自稱有超過 7 英吋(約 17.8 公分),更有 10% 的大學生自稱擁有超過 20 公分的陰莖(8英吋) 3。有趣的是,研究團隊也發現,社交滿意度高的男性,比其他人更容易報告自己擁有更大的陰莖。

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男性啊~你真是種自我感覺超良好的生物呢~

  • 註1:長度的定義為陰莖背側、陰莖尖端至底部連接恥骨皮膚的量測距離
  • 註2:短小陰莖(Micropenis),定義為陰莖長度在 2.5 個標準差。資料來源:尺寸不重要 合適才重要 有愛最重要。台灣男性學醫學會
  • 註3:陰莖增大手術平均只增加 1~2 公分的長度及 2.5 公分的圓周長。資料來源同註2

參考文獻

  1. R Ponchietti, N Mondaini, M Bonafè, F Di Loro, S Biscioni, L Masieri (2001) Penile Length and Circumference: A Study on 3,300 Young Italian Males. European Urology. DOI: 10.1159/000052434
  2. Kerry Siminoski MD & Jerald Bain BSc Phm, MD, MSc (1993) The relationships among height, penile length, and foot size. Annals of sex research. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00849563
  3. Bruce M. King, Lauren M. Duncan, Kelley M. Clinkenbeard, Morgan B. Rutland & Kelly M. Ryan. (2019) Social Desirability and Young Men’s Self-Reports of Penis Size. Journal of Sex & Marital Therapy. DOI: https://doi.org/10.1080/0092623X.2018.1533905
  4. 鄉民的標配是30公分,那人類的陰莖平均到底是多長?泛科學。2015/03/05
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miss9_96
170 篇文章 ・ 1063 位粉絲
蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9

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打造~屬於自己的滿屋星斗
邱文凱
・2014/01/13 ・2828字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 473 ・五年級

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文 / K、摸呵呵

還真是不想開箱阿XD

不想破壞這期《大人的科學》新型針孔式星象儀很精美的包裝,但想看到滿天星斗的慾望還是熊熊燃燒著。

所以,開始打造屬於我的星空吧!

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STAR1

封面好多鑽石,不只五倍星星,超美的呀(讚嘆到又忘了要開箱XD)

 

好了…開箱吧

其中一面裝著各式各樣的組裝零件,有底座、支柱、馬達、螺絲、燈泡等等

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另一面則裝著組裝恆星球的黑色投影片(所謂的黑柑仔裝豆油?)

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一一檢查時

會發現《大人的科學》新型針孔式星象儀的許多零件都精心設計過。而它們有什麼祕密呢?各位就靜候我一個個來說明吧。

對了,這期的附錄需要使用到螺絲起子,所以再拿出《大人的科學》35mm雙眼相機內附的磁性螺絲起子吧。(具有磁性讓螺絲緊緊跟著你)

STAR4

光從包裝上的貼心,就可以看到廠商有多用心;為了保護齒輪箱,還特別加上一塊特製的黑色泡棉固定。

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跟以往《大人的科學》系列產品一樣,電線的部分都會打結以節省收納空間,拆的時候要小心,別扯斷了!

接著組完馬達組時,要注意齒輪疊放的順序有沒有誤(有誤的話,就無法順利運作了,下圖供參照)

組裝時發現的第一個特殊小設計(紅圈框住處)

為了方便燈座導線可以連接至底座的電路板,特別在齒輪箱上設計一缺口,供導線穿過(貼心指數★★★☆☆)

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再來第二個特殊小設計:

居然在主軸內附上鉤子來固定兩組導線,讓其可以更順利的連接到底座,貼心指數再上升(貼心指數★★★★☆)

在組裝支柱時,還發現了特別用來設計鎖螺母的第三個小設計—螺母轉動器,方便你可以隨時調整鬆緊(貼心指數★★★☆☆)

再將電路板組裝上時才突然發現,這期的附錄需要不常使用的2號電池(雜誌建議是鹼性的,可能希望有更穩定的電流輸出),而第一代星象儀則是使用3號電池,可能是因為新版的多了旋轉功能以及一顆神奇的特製燈泡,所以更加消耗電能。

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而馬達電源端子線的插入方向,也會影響其旋轉方向(可參考下圖),等一下會分享一個方法,讓你可以自由調整要投影北或南半球的星空喔

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重頭戲來啦~

這期的燈泡是日本投影燈泡製造商細渕電球-專為這款針孔式星象儀設計的,而且是手工製作的!!! (貼心指數★★★★★)

PS:如果大家對燈泡有興趣可以參考維基上的條目

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還有這顆從1901年就一直亮到今天的燈泡爺爺(網路攝影機記錄下來的燈泡即時影像)

 

跟一般燈泡比較之下

特製燈泡的玻璃罩較大,但燈絲卻比較短(見下圖)

特製燈泡規格:2.5V,0.75A

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一般燈泡規格:2.5V,0.3A

STAR14

為什麼要如此設計呢?

其實有兩個原因:

  1. 燈絲短代表電阻小,在同樣的電壓下,會通過更大的電流,發出的光會更加明亮(由【歐姆定律】 V=IR推斷)
  2. 因為燈絲短,發出的光會更接近"點光源",這樣穿過小孔投影出去的光點會近似正圓形,而燈絲長的燈泡,從小孔投影出去的光點則會變形

(因為原先光源並非「圓點」,可參考維基針孔成像條目)

其實《大人的科學》35mm雙眼相機也有運用針孔成相原理喔。

就是那個光

比較之下,明亮程度還真的有差。

(ps:將燈泡裝到台座時,別轉得太用力,以免燈泡玻璃破裂)

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再來又是另一場重頭戲—恆星球的組裝。先將恆星投影片2、3、5、6組裝完後……

我猜有許多朋友陷入了天人交戰,到底要投影北半球還是南半球的星空呢?

這裡提供一個小方法,讓各位可以自由更換北、南半球的星空投影

首先,準備隱形膠帶跟手套

想先投影北半球的話,就先將投影片2、3朝向上方,將投影片1以隱形膠帶依照對應的文字黏貼上去。

(如下圖,得先將投影片上的膠膜先撕去,才能用膠帶黏貼,所以戴上手套,以免指紋印在投影片上)

因為隱形膠帶黏性較弱,所以可隨時拆掉更換成南半球投影。

STAR18

下圖便是南北半球投影的主要差異(左圖是北極觀看到的星空,右圖是南極看到的星空)

STAR19

圖片來源:香港太空館的網上互動星圖模擬

 

大家如果想更深入了解南北半球的星空差異

可以試試看Stellarium這套虛擬天文館開源軟體,可以模擬星座的移動、大氣和光線效果、星座繪圖、向流星許願……等等強大功能。或者自己做一顆天球儀出來一探究竟(感謝蘇明俊、楊淑惠老師的分享)。

做完的恆星球,讓我看到了N顆鑽石星點,超級感動的阿。(聽說是跟星象專家大平貴之一起合作設計的)

最後以黑色貼紙做修飾,以邊角防漏光影響投影效果,並將恆星球裝到台座上、與台架接合,就大功告成囉。

STAR21

在寂寞的黑夜裡,躺在床上看著由小燈泡投影出的點點星光,看著銀河、星座,雖然無法和看見真實星空的震撼比擬,但滿屋的投影星斗,不僅溫暖了你我的心,也讓我們以另一種形式見證宇宙浩瀚的美。

STAR22

(部分圖片感謝學妹洪淑靜提供)

也可以學學這位網友利用縮時攝影來記錄星空流轉的點滴

 

PS:聽說這期雜誌十分熱銷,如果有買不到的讀者

不妨試試自行DIY喔,以下提供兩個範例供大家參考:

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用積木拼電路
邱文凱
・2013/12/20 ・1937字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 512 ・六年級

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還記得小時候,當大家搶買金剛戰士、四驅車,我在附近的書局看到了一款由光復出版的電子實驗機,比起當時的其他玩具,它的外觀實在不起眼XD(很像計算機,就是下圖),但我卻深深被當時我完全看不懂的電路符號所深深吸引,所以就跑去做資源回收存錢買了一台。

電子實驗機

而時隔多年,又見《大人的科學》迷你電子積木,自是勾起不少回憶,便迫不及待地開箱了(其實《大人的科學》也有出復刻的學研電子積木EX-150

開始拆封

一開始映入眼簾的是綠油油的包裝(可能是因為積木是綠色的?)
電子實驗機2

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翻到包裝盒封底,發現很貼心的附上各積木的數量供讀者確認。
電子實驗機3

剛打開包裝,可能有很多讀者會開始納悶:怎麼感覺都組裝好了?
電子實驗機4

其實這的確是這五期《大人的科學》雜誌中,組裝時間最短的一期(20分鐘內),但並不要因為這樣而小瞧它喔!麻雀雖小,五臟俱全。小小的它,可是擁有50 種以上的應用呢!這一顆顆小小的積木,就跟Minecraft裡的方塊一樣,可以創造出無限的可能性呢(右圖感謝好友 陳民峰 提供)
電子實驗機5

翻到零件背面,會發現各電子零件隱藏於積木之中,且接線早已焊接好(代表組裝時要小心別弄斷),十分適合還不會焊接的小朋友體驗電路的神奇。
電子實驗機6

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在組這迷你電子積木前,得先準備一隻順手的螺絲起子。
《大人的科學》 35mm雙眼相機內附的磁性螺絲起子,就是個好選擇(具有磁性可以輕易拿取螺絲釘)。
電子實驗機7

拿出內附的電路板時,感覺其導線與接點的連結看來有些脆弱,所以再將纏繞成一團的導線解開時,請務必小心一些。
電子實驗機8

然後再接電路板上灰色跟黑色導線時請小心(下圖紅圈部分),因為線材的長度很剛好(其實有點過短),請小心別硬扯以免損毀,而導線的位置也是精心設計過,請先照著說明書調整、檢查後,再鎖上電路板的螺絲。

 電子實驗機9

最後再翻到正面來裝上旋鈕、貼紙等物,迷你電子積木就大功告成囉!
電子實驗機10

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接著先照著說明書的指示,一一檢查電子積木是否可正常運作。
因為有時候即使外觀沒有問題,但卻有可能發生假焊或內部電子元件損毀的情形。
依序測試其聲音放大器、發光二極體(LED)、電晶體(尤其是電晶體,外觀難以看出是否正常)。
電子實驗機11尤其檢測電晶體時最有趣,一開始把主電源打開時,LED並不會發亮,這並不是因為電晶體損壞喔,反而是代表狀態正常。當以手指分別捏著上圖黃圈框住的兩個接點時,LED才會發亮。至於為何有如此奇特的效果呢?就麻煩大家自行翻閱雜誌囉!

最後來介紹一種我最好奇的功能—電子螢火蟲

照著說明書組出來後,來看看實際效果吧!

呃…跟實際的螢火蟲比,這發光頻率也太低了些。
(真正的螢火蟲)

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幸好後來組了另外一個非諧振電路,總算讓房間裡出現螢火蟲的光芒了XD

 

而把非諧振電路的綠光LED等改為紅光LED之後,有沒有跟鹹蛋超人胸前閃爍的紅光很像呢XD

除了實體的電子積木,學研電子也推出了一款電子積木app,讓大家隨時隨地都可以享受拼電路的樂趣。

當然,也可以自行設計延伸的功能
這裡提供一個範例—流洩出的螢光(簡易做法放在影片說明囉)

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邱文凱
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相信著 "以人化物" 器物再美,缺乏人的溫度,終將不完美 而若多一分人性的溫暖,便能包容原先器物的小缺陷 這是設計科學小物的初衷 希望這些東西能充滿著溫暖,無論是手心的亦或是內心的