賽星鳥社群活動講義

2014年3月10日(一)晚7:00-9:00

動手做：傅科擺、雙擺、耦合振盪擺（兩種模式）

時尚與科學似乎是風馬牛不相及的事，但是時尚圈卻常結合科學的最新發現，也常引入最新技術、材料成為時尚元素、材料。比基尼泳裝的命名便是著名的例子。服裝界更常將最新材料做為衣著的材料，像是防水透氣、保暖等材料。

大眾常見的擺首推傅科擺（或譯佛科擺）、牛頓擺與混沌擺。傅科擺長可在與自然相關的博物館中見到，牛頓擺可以在與教具有關或學校附近的文具行可見，而渾沌擺則拜影片《鋼鐵人2》之賜而廣為人知。

比基尼 ─ 核彈試爆與三點式泳裝

比基尼（bikini）是太平洋馬紹爾群島中的一個無人環礁，面積約2.4平方公里。美國在1946年6月30日進行原子彈試爆，上了全球媒體頭條，比基尼島迅即成為世人矚目之地。法國巴黎永裝設計師里爾德（Louis Reard）在當年7月推出了一款大膽、兩截三點式的新式泳裝，用料少，突破當時的傳統，因此套用了當時震動全球的原子彈試爆地「比基尼」為名。推出後引起服裝界的震動，不亞於比基尼島上所進行的原子彈試爆，當時的義大利、西班牙、比利時等國政府禁止比基尼泳裝。

法國性感女星碧姬‧芭杜在1956年在影片《上帝創造女人》身著比基尼泳裝；美國女星珍‧曼斯菲德在1958年身穿比基尼泳裝在《生活》雜誌上展現身材。隨後，多位女星穿著比基尼泳裝出現在好萊塢製作發行的影片中。到了1970年代，比基尼泳裝已經成為潮流。

美國在1946年至1958年間，在比基尼島上進行了60多次的原子彈和氫彈爆炸試驗。

擺與時尚

本課程常是將一些不常見的擺，經過巧思與巧手，讓新手能輕鬆上手，認識各種擺動的原理。也透過一些實例，期望學員用用巧思與巧手，能將偶和震盪擺化為能隨身攜帶的精巧、有趣之時尚裝置，作為客廳、書桌上的擺飾，以及與親朋好友分享賞玩的樂趣作品。

在國內一些店面或學校實驗室，可以看見牛頓擺；網路上也很容易搜尋裝飾用的牛頓擺，價格依據材質從台幣數百元至數千元不等。混沌擺也因出現在全球賣座的科幻電影《鋼鐵人2》女主角桌上而受到全球矚目。在歐美一些與自然生態有關的店面中，也可以看見名貴的耦合振盪擺，作為精品販售。

這些擺，大多採用品質不錯的金屬材質，經過精巧設計，具有時尚感。

共振現象

簡單而具體的說，共振是兩物體相互振盪的現象（註：振盪主體也可能不是物體，例如電磁振盪。），是兩個彼此相關的物體，輪流進行著幾乎一樣的運動，周期性的循環著。簡單的說，共振需要的條件如下：

（一）至少兩個物體

（二）兩個物體彼此有關係或關聯

（三）其中一個物體的運動「訊息」會傳遞到另一個物體

父母推動搖籃或小孩子盪鞦韆的情形最能說明共振的情形。當推動鞦韆的手（力道）與鞦韆擺動回來的時候一致（頻率相同），則每次都能推到鞦韆，便能一直擺動下去。當然，擺動兩次、才推一次也可以，只要兩者成整數比就可以。但是如果推力與鞦韆擺回來的時機不一致，則推力常常落空，鞦韆就會慢慢停止。

雙擺

雙擺有多種型式。為了第一次能容易上手，特別設計這款擺動方式（如下圖所示）。用手調整兩擺長，使兩擺的長度一樣，然後將棒固定在桌沿，即可進行實驗觀察。

為了讓新手容易處理，實驗時用大螺絲帽取代鋼珠。

在短棒兩端綁兩條懸掛短線。再用一根線兩端各綁一個螺帽，然後將一螺帽穿過兩懸線，可在兩懸線之間拉動螺帽、調整長度。（見下圖）

一條線連接兩個螺絲帽，穿過懸吊絲線的做法，是經過數年的教學、實作與嘗試，然後突然靈光一現才產生的做法，只要短短數秒鐘就能將兩個擺的長度調整好。以往，要綁兩個長度相同的擺，常常需要經過幾次，耗費5分鐘以上，甚至10分鐘，才能調整好。

完成後，即可操作、觀察、玩賞。

(1) 用手擺動其中一個擺，觀察隨後的擺動情形，依序繪圖顯示兩擺之擺動方式與順序。

開始擺動時，一般人常會本能的前、後擺。建議左、右擺，看看是否會產生類似的效果。

多年玩賞後，在一次上課時，突然想試試45度方向的擺動，竟然意外出現新花樣，像是進行橢圓擺動一樣（見下一個觀察）。

(2) 用手擺動其中一個擺，但擺錘作橢圓或圓運動，觀察兩個擺隨後的擺動情形，尤其注意橢圓運動的方向（順時鐘方向或逆時鐘方向）。依序繪圖顯示兩擺之擺動方式與順序。

雙擺的設置可以更單純。使用粗鐵絲、圓柱棒、或吸管（如下圖之粗黑線段），綁上兩的長度相同的單擺，兩端安放在支架上，就完成了。

將其中一擺擺動，擺動的動作本身會帶動圓柱轉動，將擺動的力道（能量）傳給另一擺、使之開始擺動…。

雙擺共振的現象很容易觀察，原因也不難說明。但是要了解其中的力學機制，就需要力學的概念與微積分的技巧，通常屬於物理相關科系大二以上、甚至碩士班的課程。

偶合振盪擺

將粗銅絲（比較漂亮，用粗鐵絲也可以）扭成下列兩種形狀，甲型懸掛在片型板上，乙型用於瓶口上。將一小圓環掛入，再綁一單擺或掛入勾型擺，即形成耦合振盪擺。

用手將擺作橢圓運動，觀察隨後的擺動情形，尤其注意橢圓運動的方向（順時鐘方向或逆時鐘方向）。依序繪圖顯示擺的擺動走勢與變化順序。

在擺的底部舖上細砂，可以呈現擺動的線條，有助於觀察。

在實作中，發現砂畫用的砂，顆粒太粗，對擺動的阻力太大，擺動數次以後就停下來，無法呈現美麗的幾何圖案。建議使用相當細的砂，如果手邊一時沒有，可以試試奶粉。

本耦合振盪擺可以用來作為造型藝品。發揮創意，使用不同材質、手藝，使其成為藝術品或工藝品，端視各位的巧思與巧手。如果設計精巧，可以隨身攜帶，則可以隨處展現耦合振盪的幾何線條，增添休閒的樂趣。

本課程提供兩、三種時尚設計，作為拋磚引玉之用。

雙擺 操作

(1) 用手擺動其中一個擺，觀察隨後的擺動情形，依序繪圖顯示兩擺之擺動方式與變化順序。

左擺         右擺

1.開始時

 

2.

…………

(2) 用手擺動其中一個擺，但擺錘作橢圓運動，觀察隨後的擺動情形，依序繪圖顯示兩擺之擺動方式與變化順序。

左擺         右擺

1.開始時

 

2.

…………

偶合振盪擺 操作

在擺的底部舖上細砂，用手將擺作橢圓運動，觀察隨後的擺動情形，尤其注意橢圓運動的方向（順時鐘方向或逆時鐘方向）。依序繪圖顯示兩擺之擺動走勢與變化順序。

從上方俯視擺動，繪製俯視所看見的擺動情形。