廚房物理學——棉花糖測光速?

廚房物理學——棉花糖測光速?

目的

利用生活常用的電器及隨處可得的材料做簡易科學實驗。

 

實驗

實驗裝置:微波爐、棉花糖若干、尺、微波爐用餐盤 將棉花糖均勻放置餐盤上,放置一旁。打開微波爐,將轉盤裝置取出(不讓轉盤轉動)。將裝有棉花糖得餐盤放進微波爐,關上門開始微波。當棉花糖受熱膨脹至一定程度後,迅速取出餐盤,觀察棉花糖受熱膨脹及融化的程度,取兩處最高溫的位置,用尺量測距離L,此長度即為微波的半波長。接著觀察微波爐的規格(一般而言背面有標示),查出其微波頻率,將乘上,即得光速

 

原理思考

精密的光速量測需要昂貴的設備與儀器,我們是否有機會利用簡單的方法估計出光速?至少在數量級上正確。

 

家用微波爐的微波頻率是定值,, 微波是電磁波的一種,在空氣中行進的波速接近光速。微波爐在運作時,微波在腔體內形成駐波(standing waves),駐波的腹點(anti-nodes)微波功率最高、節點(nodes)的功率為零,所以微波爐運作時,必須不斷轉動,避免食物的某些位置剛好在節點上,無法加熱;而某些點一直在腹點上,過度加熱。 這個實驗裡,故意將轉盤取出,就是希望找出節點(功率為零)和腹點(功率最高)的位置。根據駐波的定義,兩節點或兩腹點間的距離為波長的一半,所以我們量測棉花糖融得最厲害的兩點(腹點),就可以知道微波的波長了。再利用波速等於波乘乘以頻率的公式,就可以迅速計算出微波的速度、也就是光速。

 

製作

朱慶琪

 

 撰稿 

朱慶琪