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臥底身邊的科學秘密:選錯車廂,危險多出好幾倍!
臥底身邊的科學秘密:選錯車廂,危險多出好幾倍!
  • 定  價:NT$290元
  • 優惠價:79229
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   一般分類科學‧科普 > 自然科學 > 科學總論 > 總論

商品介紹
  • 商品簡介
  • 作者簡介
  • 編輯推薦
  • 目次
  • 書摘/試閱
  • 高鐵前車廂遠比後車廂危險、
    筆記型電腦內藏強大的炸藥威力、
    想節省時間,步伐大比跨步快更有效……
    這些你知道嗎?

    NASA太空中心科學家,
    帶你直擊潛伏四周的生活科學法則
    情境圖解,一次就懂

    ►►奔馳中的自行車不會倒→角動量守恆定律
    ►►水蒸氣造成的燒燙傷比熱水嚴重→蒸發熱作用
    ►►想要節省時間,步伐大比跨步快更有效→鐘擺效應
    ►►餐桌上的魷魚和火箭的共通點→作用力與反作用力

    ◆懂得簡單生活科學,聰明遠離危險陷阱
    意外說來就來,無法預測。但有些危險,其實可以避免。

    如果你知道車子在行駛中,無法突然停下來【摩擦力】;當速度是2倍時,所帶來的危險損害是4倍【力學能守恆定律】,你就會提醒自己放慢速度才是上上策。

    假如你了解即使車子停止,身體依然會遵循著前進方向持續運動【慣性定律】,因此事故發生時,若沒繫上安全帶,人就會往前撞上某物體,所以「繫緊安全帶」有其必要性。

    ◆NASA太空科學家,用淺顯文字+情境圖解,讓你一次看懂
    科學常令人望之生畏就是因為複雜公式、艱深辭彙,讓人即使有心想進入科學領域,卻踱步不前。

    本書作者為東京大學物理學博士,曾任職美國NASA太空飛行中心,是日本權威知名的科學家。他破除了以往大眾對科學的刻板印象,藉由情境圖解,以及淺顯易懂的文字,讓你一次搞懂物理學、動力學、基因學、能量學、流體力學等等,這些看似深奧的理論。

    ◆揭開生活科學的原理與現象
    牛頓因為一顆掉落的蘋果,悟出了萬有引力;少年伽利略看著修道院枝型吊燈的擺動,發現了單擺定律。這些都是在生活中再平常不過的事,但是多點觀察力、求知慾,就能有不同結果。

    科學其實離生活很近,甚至可以說科學即生活,例如:走路會運用到「單擺定律」;做料理時高溫比高壓效果好是「沸點上升」的關係;牛奶盒的體積,比能裝的容量小是「虎克定律」……等。以往你不知道的,潛藏在生活中的科學原理與現象,本書將一次揭露。

    ◆理解自然科學,激發孩子求知慾,小孩更聰明
    孩子與生俱來的好奇心,對生活周遭,這些我們看似平凡、理所當然的現象,有著許多的疑問。舉凡,「又大又重的船為什麼不會沉下去?」、「黑夜的天空為什麼是暗的?」、「為什麼熱氣球能在天上飛?」、「為什麼我的眼睛像媽媽,嘴巴像爸爸?」……你都是怎麼回應這些問題呢?「長大了,你就會知道。」、「你覺得呢?」、「可能是有個神祕的力量、神奇仙子……。」

    其實,這些可是暗藏了宇宙組成與秩序的奧祕。書中蒐羅許多生活科學應用的案例,讓你能在孩子的發問中,正確回答他們的問題,不再似是而非、不求甚解。

    ※NASA太空研究員帶你直擊生活中的科學。
    ※淺顯易懂的文字加上情境圖解,讓你一次就讀懂艱澀的科學法則。
    ※富含教育意義,開啟自己與孩子不同的視野。

  • 小谷太郎 博士

    專精宇宙科學研究與相關裝置開發,東京大學物理學博士,曾任職日本國立理化學研究所、美國NASA太空飛行中心、東京工業大學、青山學院大學、早稻田大學等大學研究員。
    著有《相對論與時間之謎,看圖就懂》、《改變人類的科學大發現》、《宇宙之謎如探囊取物般容易了解》、《私立時鐘丘高中時間旅行社團》(以上為KADOKAWA 中經出版)、《物理學未解之謎/這些物理學的謎團,還沒解開》、《這樣掌握科學世界的規模大小》、《科學笑話──會笑的你擁有理科腦!》、《理科生都點頭說我懂,但文科生一臉茫然》等著作。

     

    林曜霆
    中興大學法律系畢業,日檢一級合格,曾任出版社編輯。譯有《世界級萬花筒輕鬆手作》、《相對論與時間之謎,看圖就懂》、《超效率驚人記憶法》、《每月多存一萬元的驚人「存錢術」》。

  • 岳明國小教師 阿魯米玩科學粉絲頁板主 遠哲科學教育基金會講師 盧俊良 專文推薦
    前建國中學物理老師 跟著鄭大師玩科學部落客 鄭永銘 專業推薦
  • 推薦序:與生活經驗接軌,激發孩子求知欲

    前言:懂得日常科學,生活更顯智慧

    第一章:日常生活用得上的科學法則
     ●選錯車廂,危險多出好幾倍(牛頓第二運動定律)
     ●暗藏炸藥威力的筆記型電腦(熱力學的能量守恆定律)
     ●煞車靠摩擦力,輪胎越多越易停住?(摩擦力定律)
     ●想遠離暴風圈?往右後方前進就對了(白貝羅定律)
     ●速度兩倍,危險瞬間變四倍(力學能守恆定律)
     ●大人和小孩快跌倒,該救誰?(位能的規則)
     ●水蒸氣燒燙傷,比熱水更嚴重(蒸發熱)
     ●緊急煞車,人就往前爆衝,為什麼?(慣性定律)
     ●想節省時間?步幅大比腳步快更有效(單擺的等時性)
     ●壓力鍋料理原理,不在壓力而是溫度(沸點上升)
     ●瓶裝碳酸飲料避免日照,有爆裂危機(亨利定律)
     ●潛水一公尺,胸口壓力多一百公斤(水壓的規則)

    第二章:隱藏身邊的生活科學定律
     ●魷魚跟火箭有什麼共同點?(牛頓第三運動定律)
     ●電磁力!連接萬事的神奇力量(庫倫定律)
     ●人類史上,最廣泛運用的科學定則(萬有引力定律)
     ●一公升紙盒能裝入大過一公升的牛奶!(虎克定律)
     ●預防觸電意外的防護神(歐姆定律)
     ●船再怎麼重也不會沉,為什麼?(阿基米德原理)
     ●不只海洋,船隻也能飛上天(阿基米德原理)
     ●從家電到手機,生活已被馬達包圍(右旋螺絲法則)
     ●萬能磁鐵!能煮飯也能記錄巨量資料(電磁感應的規則)

    第三章:經常面對卻忽略的科學奇妙現象
     ●從一顆豌豆生長,到基因的重生(孟德爾第一定律)
     ●為何火車汽笛聲,遠近不一樣?(都卜勒效應)
     ●再多滿天星斗,也照不亮夜空,為什麼?(哈伯定律)
     ●雨滴落下速度,時速高達四六○公里(史脫克斯定律)
     ●飛馳的自行車不易倒,為什麼?(角動量守恆定律)
     ●原子核會崩壞,放射線傷害大(放射性衰變的規則)

  • ◆認識科學的新語言
      傳說中,賢人阿基米德(Archimedes)在入浴時,想出了所謂的阿基米德原理(Archimedes principle)。他一邊喊著:「我發現了!(Eureka)」,一邊光著身體就跑到敘拉古城的街道上。
      阿基米德原理,是關於物體在水中沉浮的法則。
      不論是泡在浴池裡的人、游著的魚、靠風力行駛的帆船、搖晃著的水泡、或飄移不定的浮游生物,全都得依循著這項法則。不管是什麼都無法逃脫科學的法則。阿基米德原理從水裡、空中到流體內,全都適用。
      不過,海裡的曼波魚或水窪裡的水蚤,都不是在學會阿基米德原理之後才懂得怎麼在水裡浮沉來去的。但不管有沒有學過,都一樣無法違背自然法則。
      能理解自然法則的,只有我們人類。
      人類會從自然現象中讀取法則,並基於法則來解釋自然,利用法則來製作道具。並將法則以文字書寫表記,成為共享的智慧財產。
      自然法則在經過人的解讀後,才成為定律。
      本書將會介紹前人解讀成功的各種科學定律,以及這些定律出現在那些自然現象中,又該怎麼去區分的竅門等等。或是我們身旁的工具中,有哪些是基於這些定律的巧妙運用而來的。
      若學會了新的語言,過去猶如天書般不知所云的會話、記號或招牌,突然就變得有意義、能夠瞭解其內容;若知道了科學的定律,至今看過就算的自然現象,也會突然變得有意義,開始向你述說宇宙的組成與秩序的奧秘。
      古人正是聽到了這些內容,才會興奮地在敘拉古城的街道上裸奔。而我們又將聽到什麼樣的內容呢?
    小谷太郎

    ◆與生活經驗接軌,激發孩子求知慾
      生活即科學,本書作者以科學原理為基礎,介紹生活中所觀察到的各種現象,藉以說明其中的奧妙,讓人不得不讚嘆其學理的豐富與觀察的細微。
      根據調查,台灣學生在數學、科學成就高,但是興趣卻墊底,從教育現場中不難驗證這個事實。當厚厚的一本物理、化學書中,敘述的大多是公式、解題技巧時,孩子無法與生活經驗接軌,自然將科學的學習流於為考試而準備,失去了學習科學的熱忱與探究的誘因。因此,唯有從生活面啟發、引導孩子對於科學的熱情和興趣,從被動的灌輸到主動追求知識,才能養成終身學習的動力。
      近年在台灣教育界中受到注目與討論的STEAM是結合科學、技術、工程、藝術,以及數學的跨領域教學架構。讓學生在數學邏輯的基礎上,藉由工程跟藝術的展示,來學習科學與技術內涵,培養優質的科技人才、工程師、科學家、數學家,以提升國家的競爭力。然而要發揮STEAM教育的精神,關鍵作法之一是跟生活情境做結合,讓孩子將學到的知識,轉換成對生活有幫助的能力。
      本書的特色即是將科學原理與生活中可以觀察到的現象、情境做連結,除了有科學史的演進介紹外,並佐以原理、公式的計算說明生活中周遭的現象,無形中也讓讀者在閱讀中培養對問題的思考力,以及對自然現象的觀察力,提高對於科學的好奇心,以及追求知識的熱忱。
      「給孩子的路有多廣,孩子的未來就有多廣。」藉由美國NASA太空研究員 小谷太郎博士的妙筆生花,將傳統課堂中艱深難懂的科學理論,以生活經驗的觀察與類比,顯現出科學的趣味與實用性。讓孩子有了重新學習科學原理、享受科學樂趣的機會,在每個孩子的心中種下一顆「科學」的種子。未來或許不可知,但我們衷心期待每一顆種子都能成長茁壯、開花結果,成為一個生活科學家!
    遠哲科學教育基金會講師
    盧俊良

    ◆暗藏炸藥威力的筆記型電腦
    (熱力學的能量守恆定律:力學能與熱能的總量不變)
      接下來談談能量,這是指作用於物體使其移動的能力。
      掉落中的餐具、充飽的電池、站著的幼童、產生化學變化的澱粉、煮沸的熱水等等,各自有著動能、電能、位能、化學能及熱能等能量。

    ‧不停變裝的能量
      能量的姿態、形式會改變(雖然不是自由自在地改變),並進行各式各樣的變換。
      掉落中的餐具會將其位能變換成動能;電動汽車、腳踏車在移動時會將電能轉換為動能;在電池裡藉著金屬等化學變化產生電流也就是將化學能轉換為電能;在走動的幼童肌肉組織裡,稱為ATP(三磷酸腺苷)的分子會成為燃料讓肌肉收縮──也就是將化學能變換成動能。
      像這樣,在我們周遭的能量,讓人眼花撩亂地不停變換著各種樣子。

    ‧能量守恆法則
      但即使再如何地激烈變換姿態、形式,能量的總量也不會有變動。換句話說,總量會維持不變。
      我們稱這個規則為「能量守恆法則」(law of conservation of energy),這在科學領域中是最基本的大原則。
      掉落中的餐具的動能,與餐具回到高處時所具有的位能是相等的;也就是說,如果餐具沒摔碎在地板而是反彈回去,是能夠再返回原先的高度(雲霄飛車正是這個原理的應用)。
      當澱粉或ATP分子發生化學變化,能量會傳到周圍的分子上,變換成振動、迴轉或運動的能量,或是由分子放射出電磁波能量變換成熱能。如果能夠將這無數的分子或電磁波的能量都回收、集合起來,會等同於合成原先的澱粉或ATP分子所需要的能量。
      不論是什麼樣的反應變化,能量的總量絕對不會增加或減少。
      像這樣從日常現象到微小的基本粒子的反應、地球整體能量的流量或天體現象等,觀測工作越嚴密,就越能查覺到能量守恆法則的存在。

    ‧熱,也是一種能量
      力學上的能量,也就是像天體或滾動的球的能量守恆規則,在力學發明的當時就已經得知。
      力學的第一法則是「若沒有其他力量施加其上,則靜止中的物體會保持靜止、運動中的物體會保持等速直線運動」,這是基於動能守恆而成立的法則。
      對於天體或沒受到摩擦力影響的球來說,這項美麗的法則的確能夠順利運作。不過,滾動的球在「現實」裡,會因為摩擦力而停止下來。這樣一來,能量守恆法則在「現實」裡真的能成立嗎?十八世紀時的人們對此不是沒有疑問。
      後來,蒸氣機的發明,火力變換成動力,讓汽船、鐵路或工廠都運作起來,也讓熱與力學能量關係間的相關研究開始有了進展。於是在十九世紀時,「熱力學」誕生了。
      熱力學的第一定律(The fist law of themodynamics)是「熱能與力學能的總量會守恆」──也就是說,「熱也是能量的一種型態」。
      對現今熟悉能量概念的我們來說,這法則並不會讓人驚訝,但在當初可是革命性的概念。畢竟在那個年代,還在爭論熱是否屬於元素的一種。
      依據這個法則,力學能會轉換成熱,而熱則可以引出力學能。
      當滾動的球因為摩擦而停止時,原本帶有的力學能並非是消失了,而是轉換成了地板、球或空氣的熱能。
      使是無法接受滾動的球會失去力學能量的人,應該也會同意以下這一點:「摩擦並沒有導致能量守恆法則出錯,而是力學的能量與熱能量總和的『熱力學能量』會保持不變」。太好了!篤信力學的人們,會因為能量守恆法則永存而雀躍不已。

    ‧筆記型電腦也能當武器?
      那所謂的熱能,又有著什麼效果呢?
      讓一公克的水溫度上升一度的熱量為一卡路里,約等於四焦耳。這大致相當於放在一公尺高處,重四百公克餐具所具有的位能。當四百公克的餐具從一公尺高處落下,所帶來的能量足夠讓一公克的水溫上升一度。
      一千公斤的汽車以時速五十公里的速度前進,此時汽車的動能是十萬焦耳,相當於二十五千卡路里,此動能可以讓一公斤水的溫度提升二十五度。
      使用筆記型電腦六個小時,會消耗約六十瓦時,也就是約二十萬焦耳的電力。而二十萬焦耳的能量,則相當於五十公克的炸藥(黃色炸藥)所擁有的化學能。
      實際上筆記型電腦的電池,有著相當於五十公克炸藥所具有的能量。如果因為故障或短路,導致這些能量在瞬間被釋放出來,就可能引發火災或爆炸。事實上,這一類的意外已經發生過了。
      現在,炸藥等危險物是禁止攜帶上飛機或火車的,但筆記型電腦或類似的可攜式裝置並沒有受到管制。而高性能的電池可能有著與五十公克TNT炸藥同等的能量,想想其破壞力,沒納入管制實在是難以想像。
      只是,如果真的納入管制,那常在列車上用筆電寫稿的人,可能就會覺得很困擾。

    ◆一公升紙盒能裝入大過一公升的牛奶!
    (虎克定律:彈性材料的應變,與應力成比例。)
      請打開家中冰箱,看看是否有著用紙做的,一公升裝牛奶容器也就是一般所說的牛奶盒。如果家裡沒買、或是沒有冰箱,只要想想曾經看過的牛奶盒就行。

    ‧牛奶盒的秘密
      若是測量這紙製的長方體容器的體積,會是多少呢?在開始測量之前,應該會理所當然地認為,因為是一公升的容器,所以體積應該是一公升,換算後就是一千立方公分。雖說是常見的牛奶盒,但會實際去測量其容積的人應該很少。
      在寫稿之前,我稍微測量了一下。那個長方體的部分實際測量起來,寬度是七公分、長度是七公分、高度則是十九.五公分。相乘之後是……九五五.五立方公分。咦?不到一千立方公分耶。
      這是怎麼回事?
      莫非放在賣場販售的一公升裝牛奶盒,實際上都只裝了零.九五五五公升的牛奶嗎?難道牛奶製造商就是這樣堂而皇之地唬弄消費者?該不會連低溫殺菌牛奶、非均質化牛奶、或未使用基因改造飼料的牛奶等都是如此。標榜有一公升的容量,事實上都是虛偽的宣傳而已?
      這件事其實是這樣子,牛奶盒的容積雖然比一公升要少了四十五立方公分,但裝入牛奶後,會稍稍膨脹,因此就能裝下一公升的牛奶。原來,這是經過巧妙計算的結果。
      在原本容積小於一公升的牛奶盒裡裝入牛奶,壓力會讓容積增加──也就是盒子的形狀會產生變化。
      在我們身邊幾乎所有的固體,只要受力,多多少少都會變形。
      若施以更強大的力,物體可能會「啵」地一聲變形,無法回復成原先的樣子(稱為塑性變形)。如果只施以微小的力,當力離開物體時,就會自己恢復成原先的形狀。
      被施以微小的力,能回復成原狀的物質,稱為彈性材料──紙張就是其中的一種。面對一公升牛奶的壓力,可以充分展現出彈性材料的特質。
      原來那些常見的紙製容器,都運用了彈性的特質。

    ‧虎克定律與彈簧秤
      對彈性材料施力,會使其形狀改變。變形的程度則與力成正比(若力道小的話)。這項法則以發現者來命名,稱為「虎克定律」(Hooke's law)
      羅伯特虎克(Robert Hooke,一六三五~一七○三)是十七世紀英國的科學家。與牛頓活躍於相同時代,也曾被稱為「牛頓的對手」,不過牛頓倒是沒被稱為「虎克的對手」。
      虎克認為自己才是先想到萬有引力定律的人,因而與牛頓爭論不休。
      虎克的性格較容易激動,也不容易相處,但他留下了虎克定律及其他許多的成果。若非同時代恰好有個大天才牛頓在,虎克的名氣應該會更大吧。
      在說明虎克定律時,一定會講解的例子,就是彈簧秤。
      所謂的彈簧秤,其實就是指能吊掛重物、或是乘載重物的彈簧。與重物所施加的重力成正比,彈簧會產生延伸或壓縮效果。當重力為兩倍時,延伸(壓縮)也是兩倍。若加上刻度,能夠讀出彈簧延伸(壓縮)的程度,那彈簧秤就完成了。
      彈簧秤能夠發揮功效,是因為力與應變(變形)成比例的緣故。如果力跟應變間不存在比例關係,那想讓彈簧秤運作將會很麻煩。
      舉例來說,假設用某種物質來作彈簧秤,當力為兩倍時延伸為三.二倍、力為三倍時延伸為一二二倍,兩者間並非成一定比例。
      用這個物質作成的彈簧秤,裝上一公斤的砝碼,並在延伸處留下刻度。然後,再換成兩公斤的砝碼……,依樣畫葫蘆,換上各種重量的砝碼,確認其延伸狀況後,好不容易才終於把刻度都記上。
      幸好,實際上製作彈簧秤並不用這麼麻煩。只要做好十公斤砝碼所產生的延伸刻度後,再將其十等分,就能製做出可以測量一到十公斤的彈簧秤了。因為虎克定律保證了延伸與力之間的比例關係,所以這樣做出來的秤就會是正確的。虎克先生的個性雖然有點麻煩,但秤倒很稱職地發揮著功用。
      附帶一提,研究彈簧秤原理的虎克,英文名竟有鉤子(Hooke)的意思,這實在是一件很有趣的巧合!

    ‧我們都被彈力支撐著
      站上體重計時,從下方支撐著我們的是彈簧的彈力。
      地球會對我們的身體施以重力往下拉,彈簧則以彈力將我們往上推,當這兩種力相平衡時,我們的身體會處於靜止狀態。如果重力較強,身體就會壓壞體重計並陷進地面;相反地若彈力較強,我們就會被推往空中。
      彈力並不僅僅作用於牛奶盒或體重計這一類的人造物體上。
      當我們站著或睡覺時,地面的彈力會從下方,以等同於重力的力道,將我們的身體往上推。
      這種彈力,來自於微小的應變。我們下方的地板或地面,會產生難以察覺的凹陷,並產生與凹陷成正比的向上作用的彈力。
      有固體的地方,就有彈力在作用著。我們都是被彈力給支撐著。


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