在童話故事裡學科學-小飛俠彼得潘

在童話故事裡學科學-小飛俠彼得潘

展覽概念

利用童話故事的情境導入科學學習的內涵,以科學、人文、展示(Science, Humanity and Exhibition, SHE)為主軸來串連科學學習。第二篇以「小飛俠彼得潘」(Peter pan)的幾個經典故事場景設計,使科學透過童話故事的角色與在他們身上發生的故事進入小朋友的世界。本展覽已於2018年8月於中央大學藝文中心順利展出,感謝來自各界朋友的參與!

 

 

展覽內容

---

「你是誰?」溫蒂邊問邊看向攤在地板上、皺巴巴的影子,突然好像想起了什麼來,驚呼道:「你是彼得潘!」
「對對對,拜託快幫我修修我的影子!」彼得焦急的說。
「這要用縫的!」「風?」顯然彼得真的很無助,他連什麼是針都不知道。

---

1. 彩色影子 Colorful Shadows 1

  在光的世界中,光的三原色分別為紅色、綠色以及藍色,為什麼是這三個顏色呢?原來我們的視網膜中的感光細胞(此處指視錐細胞,Cone cells)有三種,分別對不同波長的光產生反應,也就是紅、綠、藍三種色光。而我們眼睛接收到的影像,其實都是由這三個顏色分別透過不同型的感光細胞接收,並疊加在一起後,經大腦處理的結果。

  「彩色影子」應用了光的三原色,藉著三原色光相互堆疊而產生出不同顏色的影子。舉例來說,當我們將手遮住投射在牆上的單一紅光時,手自然會投射出黑色的影子,但是假設我們把藍色的光疊加在紅色上面時,除了原先的黑影,另外也會出現紅色的影子,這是因為手遮住了藍光的緣故,所以另一個影子呈現原始的紅色。

IMG_2684.JPG  

2. 立體影子 3D Shadows

  在現實世界中,立體感的成因來自我們的「瞳孔距離」(PD, Pupillary Distance),因為我們的左右眼間有著約6.5公分的距離,也就是說,我們的左右眼分別從不同的角度,接收著不同的影像,而大腦最後就會將這兩幅不同的影像結合成一幅立體影像。運用這個原理,當兩眼的偏振片的穿透軸剛好差90度時,進入左眼和右眼的剛好是不同的偏振光,使得我們可以將進入左眼的影像和進入右眼的影像合成一個像,原本看起來平面的影子就產生了立體感。

立體影子

物體距離越近,左右眼影像的差距越明顯喔!

---

突然有東西從衣櫃的縫隙裡飛了出來,有點像是蝴蝶但卻閃閃發亮,一邊飛一邊還有金色的粉掉下來。
「哎喲!」有什麼東西撞到了溫蒂的後腦杓「好痛喔! 麥可 ,你又在惡作劇了嗎?  」
「妳怎麼都不看路啊!」有一個嗲聲嗲氣的聲音說,仔細一看,那長得像蝴蝶的東西居然是個可愛的小人兒,背後還有一對纖細的翅膀,揉著她的肩膀,看起來正在生氣。

---

 3. 螢光小仙子 The Shining Tinker Bell

  Tinker Bell大概是除了主角彼得潘之外讓大家最印象深刻的角色之一:她身上的仙塵(pixie dust)不只是會發光,也可以讓任何碰到仙塵的孩子能夠飛翔。生活中能發光的東西不少,但也許你不知道螢光筆的顏料在特定情形下是可以發光的。

  讓我們先來談談紫外燈及黑光燈(Wood's lamp)。黑光燈比一般紫外燈光多了一層塗料,可以將大部分可見光過濾掉,允許紫外光通過。螢光筆的顏料中含有螢光劑(例如常用在黃色螢光筆內的螢光劑:8-羥基-1,3,6-芘三磺酸三鈉),而紫外光能使螢光劑中含有的化學物質吸收能量、進入激發態,然後再從激發態回到基態,這個時候該化學物質會以可見光的形式釋放出能量,產生可見光,也就是所謂的螢光(Fluorescence)。這個原理被廣泛的用來檢測生物標記或是測試鈔票的真偽等等,不過一旦停止照射紫外光,螢光劑所發出的光也會消失。

 4. 海盜眼罩的秘密 The Secret of Pirates' Eye-Patches

拜童話故事所賜,單眼眼罩已經成為典型的海盜象徵,但它的實際的用途其實和瞳孔的明暗變化有關。瞳孔是位於人眼中間接收光線的黑色圓圈,由虹膜控制瞳孔的縮放,決定進入眼睛內的光線多寡,當我們由光亮的地方進入黑暗中,虹膜肌肉放鬆讓瞳孔變大,以增加光線的進入量,讓我們在黑暗中看得更清楚。

  瞳孔的縮放是需要時間來反應的,但是當其中一隻眼睛帶著眼罩,好讓那隻眼睛的瞳孔一直維持在黑暗之中的放大狀態,當忽然進入黑暗的空間,只要拿下眼罩就可以立即看見東西,不需要再花時間去適應光線的變化。


5. 海盜的藏寶圖 The Pirates' Treasure Map

  從古至今已有許多種地圖的繪畫方式,這些不同方式的出現則是為了要因應各種不同的用途以及地點,最常見的地圖複製法有麥卡托圓柱投影法(Mercator projection),莫爾威投影法(Mollweide projection)以及蘭伯特圓錐投影法(Lambert conformal conic projection)等等,各種方法都有不同的用途。

  以海盜的藏寶圖來說,最適合使用的繪畫方式為麥卡托圓柱投影法。它的好處在於:地圖上各處的相對位置相同,也就是說我們在航行的過程中只要照著地圖上的方位前進,就會到達目的地,對於航海相當便利!不過這種投影法也有缺點,那就是離赤道越遠的地方,投影出來的圖像變形量越大,往往會讓高緯度地區的大於原實際大小。另外值得一提的是,因為台灣的狹長地形,臺灣二萬五千分之一的地形圖也是使用麥卡托圓柱投影法畫製而成,不過是將投影圓柱橫放使經線接觸,稱為橫麥卡托圓柱投影法。就台灣而言為是以東經121度為接觸經線繪製,變形量也顯得小。

AR Mecator 02

下載HP Reveal App,並完成帳號註冊後,搜尋NCUSEC並追蹤(Follow),對著這張圖片掃描就可以看到擒縱器的運作方式了!

---

吃飽喝足後,虎克在一張椅子上舒服的坐下,似笑非笑地說:「史密,那隻鱷魚早就想吃掉我,幸好牠吞了一個鐘在肚子裡滴答響,我一聽到滴答聲就開溜了~」,但就在這個時候,船邊好像有什麼東西正在敲著船身,隨著聲音越來越接近,也越來越清晰。「滴、答、滴、答、滴、答、滴、答...」「是....是...是那隻鱷魚!快把我藏起來!!!」

---

6. 滴答滴答的時鐘鱷魚 Tick-Tock The Crocodile

  在故事中,鱷魚在吞下虎克的一隻手臂後,變成了虎克最害怕的事物之一,但是因為鱷魚先前吞下了一個時鐘,而時鐘會發出滴答聲,虎克也因為能聽見聲音而在鱷魚抵達前逃跑。究竟「滴答、滴答」的聲音是怎麼產生的呢?以機械鐘來說,在製作時鐘時,需要透過擒縱裝置來控制時鐘的穩定性及準確性。時鐘在走動時,擒縱器釋放和格檔齒輪的聲音就好像「滴答、滴答」。現代裝電池的時鐘透過諧振器來控制時鐘裡的齒輪(一秒內秒針只走一格),雖然還是會有聲音,但已經不是「滴答、滴答」的聲音了。    

  最早的計時工具就是大家熟知的日晷以及沙漏,但是如何能夠更長久又省力的使用計時工具,以及維持準確性一直是個大問題。直到公元前3年由拜占庭工程師斐羅(Philo of Byzantium)提出的盥洗台設計中運用了簡單的擒縱器概念,使機械工藝更進一步,然而用於鐘錶機械的擒縱機制最早是在唐玄宗開元十三年(公元725年),由集朝廷天文學家、數學家、工程師於一身的一行禪師(張遂)和梁令瓚改良張衡的渾天儀(渾象),增加報時裝置。後來蘇頌、韓公廉等人更於宋代(公元1088-1090年)製作水運儀象台,能同時進行精確報時、天象演示及天文觀測,可說是最早的機械鐘。現代的電子鐘則是使用諧振器(諧波震盪器)來維持時鐘的準確性。

 AR Escapment

下載HP Reveal App,並完成帳號註冊後,搜尋NCUSEC並追蹤(Follow),對著這張圖片掃描就可以看到擒縱器的運作方式了!

---

「咚咚隆咚、咚咚隆咚、咚咚隆咚咚」
「是印地安人的手鼓聲!如果是印地安人贏了,」彼得說,「他們一定會打鼓,那是他們勝利的訊號。」
孩子們大聲歡呼,卻不知道這是虎克船長的詭計。其實鼓是史密打的,這群壞蛋正在小山坡的另一頭笑得東倒西歪。

---

7. 印第安部落的圖騰 The Totem of the Indians

  用琴弓摩擦金屬板邊緣時會震動金屬板產生聲音,而聲音其實是一種波動。當波互相干涉時會產生節點與腹點,節點是震動幅度幾近於零的位置;相對而言,腹點就是震動幅度最大的位置。在這個實驗中,細小的顆粒隨著金屬板表面震動而產生特定圖形,我們稱之為克拉德尼圖(Chladni Patterns),這些細小的顆粒會隨著金屬板震動而生成圖形,因為表面在震動時,聲波會產生不同位置的節點,而節點是震動幅度較小的位置,所以顆粒會聚集在的節點上。而不同頻率的聲音也就因此使金屬板表面上形成各種不同的美麗圖案!

克拉德尼

 

工作團隊

計畫主持人/策展人 朱慶琪

技術/研發 盧楷文

行政庶務 方翊安 胡玉燕

視覺藝術 蔡宛蓉 宋雨桑 方翊安 盧楷文

導覽解說 熊翊丞 吳亞萱 何中楷 陸怡萍 楊翊暄 陳韋翰 林子平 陳敬杰 呂志廣

工作人員 李欣 吳佩蓉 張坤慈 周秉賢 邱正鈞 張若瑜 單宇浩 許力元 林宛蓁 梁鎧軒 陳逸庭 程嘉昱 陳佳辰 萬昱廷 許惠萱 楊佳翰 陳祐萱 葉子琳

手冊文字編輯 趙家寧 盧楷文 方翊安

教具製作 曙光企業

佈景製作 活細胞廣告設計

影片剪輯 盧楷文 

 

致謝

中央大學秘書室

中央大學學務處

中央大學藝文中心

敦煌書局

科技部 科技發展及國際合作司 經費補助