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玩出創意2:48個酷炫科學魔術

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空氣的科學魔術

1.分不開的書本
一起來體驗神祕的空氣大力士

材料
書本、塑膠片、玻璃珠、吸盤、竹筷、報紙、棉線

▼魔術表演
取二本厚薄接近的書(約一百頁以上)。將這二本書如同洗撲克牌,書頁互相疊起來,相疊約十頁。然後請一位觀眾將二本書抽開,觀眾可以很容易就將二本書抽開分離了。
同樣以洗撲克牌的方式相疊二本書的書頁,但是彼此相疊50頁以上(如圖一),並且儘量壓平。再請一位壯碩的觀眾試著將二本書拉開,結果:再如何用力,也不可能將二本書抽開!
要將二本書分開,必須將二本書抖一抖,讓空氣進入,才能慢慢的將二本書分開。

▼原理
二本書的書頁互相疊住時,書頁之間沒有空氣,大氣壓力壓著書頁,就會造成書頁滑動的摩擦力增加。當相疊的頁數夠多,累積的摩擦力就大到無法拉開了。將書本抖一抖讓空氣進入,會讓書頁上下都有大氣壓力,書頁之間的摩擦力就降低了。
電視Discovery頻道曾經播過一個實驗:將厚厚的二本電話簿,一頁一頁的重疊之後,以坦克車來拉。結果二本電話簿沒有分開,而是斷裂哩!

▼延伸的科學魔術
有相當多樣的操作可以展示大氣壓力的魔力,最常見的一個實驗是杯子裝水後(杯子不一定要裝滿水),蓋上塑膠片後倒立,再放開手。塑膠片似乎被杯子吸住,讓杯子裡的水不會流下來(正確的解釋是大氣壓力頂住塑膠片,不是杯子吸住塑膠片)。這個操作可以再變化為以下更具有驚訝效果的實驗:
1. 同上述的操作,但是杯子裡裝了一些玻璃珠,雖然玻璃珠的重量大於水,但是杯子與塑膠片一樣牢牢的被吸住。(如圖二)
2. 杯子不倒立,而是先以吸盤吸住塑膠片,再蓋在裝滿水的杯子,拉著吸盤往上拉,可以將整杯水提上來喔(如圖三)!如果以橡皮筋綁住吸盤,還可以上下彈跳,也不會掉下來。
3. 將竹筷放在表面平滑的桌子邊緣,竹筷伸出一段突出桌子。報紙平鋪在桌子並覆蓋在竹筷上(如圖四)。以尺或鐵製筷子快速的敲擊突出桌子的竹筷,竹筷不會反彈起來,而是被敲斷了!(注意:報紙必須緊貼於桌面,避免有縫隙)
4. 將約30公分長的棉線一端以膠帶黏貼在報紙中央處。手握棉線的上端,以不同速度上下拉動棉線,報紙都會隨之上下運動。接著將報紙平鋪在表面光滑的桌子,並儘量將報紙壓平。輕輕的拉動棉線,可以感受到報紙上方有大氣壓力壓住,不是很容易拉起來了(如圖五)。最後把報紙壓平,再很快速的拉起棉線,報紙不會被拉上來,棉線與報紙分離了!

2.反重力試管
如同搭電梯會自動上升的試管

材料
大試管、小試管、水盆、大吸管、小吸管、油黏土或蠟油

▼魔術表演
首先準備大、小試管各一支,小試管要能剛好套進大試管中,而且試管之間的縫隙不能太大,能自由滑動即可。將水盆裝水,先將大試管裝滿水,再插入空的小試管(以底部插入),小試管插入約一半的長度即可。(如圖一)
將大小試管一起拿起來,問觀眾:如果將大、小試管一起倒立,會發生什麼事?小試管是不是就掉下來呢?通常觀眾會認為小試管因為有重量,所以會掉下來。
請觀眾仔細看:將大小試管一起迅速倒立,並將握著小試管的手鬆開。這時可以看到小試管不僅沒有掉下來,還上升到大試管中(大試管中的水會緩慢滴出來)。(如圖二)

▼原理
當大小試管一起倒立後,大試管中的水因為重力而會往下流,但是小試管阻擋了水流下去。如果大小試管的間隙可以讓水緩慢流下去,而空氣因水的表面張力無法補充進入大試管,則大試管上會形成短暫的真空,大氣壓力就會將小試管推進大試管的空間了。
想要魔術成功,必須選取尺寸恰當的大、小試管;如果小試管過小,則因為縫隙太大,空氣可以進入大試管,導致小試管會隨著大試管中的水一起掉下來。如果小試管過大,則可能卡住無法上升。為了讓操作現象更明顯,建議:(1)小試管選用塑膠試管更佳,因為重量輕,可以讓小試管的上升速度更快。(2)大試管的長度越長越好,如此可讓小試管上升的距離增加。(3)可以用油性墨水在小試管底部畫一圈的圖案,讓上升過程更容易觀察。
另一方面,在大小試管一起倒立之前,小試管插入大試管的深度會隨著小試管的重量而有不同,玻璃製的小試管比塑膠製小試管的重量更大,因此必須插入大試管中越多(通常超過小試管的一半長度),因此建議採用塑膠製的小試管。

▼延伸的科學魔術
除了試管,可以改用吸管進行上述的實驗。首先選取適當的大、小吸管各一支(例如直徑分別為0.8、0.6毫米),但是大吸管最好是透明的,以便於觀察,而小吸管長度約3∼5公分即可(如圖三)。接著將大、小吸管的上端都以油黏土或蠟油黏緊封閉(不可以有縫隙)。
操作方法是:將大吸管在水槽中裝滿水之後,小吸管以封閉的那一端插入大吸管(如圖四),結果可以看到小吸管自動的被吸進大吸管中,而且一直上升到大吸管頂端呢!

3.九龍杯
別貪心,否則一滴也喝不到!

材料
紙杯、細水管、膠帶、熱熔膠

▼魔術表演
取一個紙杯,緩慢的倒水進去,水不會流出來,像是正常的杯子。繼續倒水,直到倒到八、九分滿的時候,咦!杯底開始流出水了,而且就算停止倒水,杯底還是持續流出水來,一直到幾乎流光光。為什麼呢?

▼原理
九龍杯源起於明代洪武年間,又稱「公道杯」,意為每個杯子都不能裝太多酒,否則一滴也喝不到。其原理是運用「虹吸原理」,杯子中暗藏一個連接到杯底的中空通道(如圖一)。當杯子裡的水在中空通道的頂端以下時,水並不會流出來。一旦倒入的水超過中空通道的頂端時,水就會從中央的通道開始流出來,而且會一直流到杯子底部而幾乎流光。
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