科學遊戲-- 浴火鞦韆

文與圖/許良榮 |2013.09.25
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這個碰到火就會來回擺盪的鞦韆,許叔叔稱它為「浴火鞦韆」,玩起來相當有趣,但是,由於要用蠟燭點火,因此,小朋友必須在大人的陪伴下才可以操作,以策安全喔!

所需器材:封口條、強力磁鐵、蠟燭、鐵絲。

操作過程:

一、取一段「封口條」(五金店有售,將塑膠袋口加熱封起來的機器零件,長約二十公分),將封口條的一端剪掉(圖一)。

二、將封口條有小圈圈的一端掛在橫立的鐵絲上懸空(圖二),鐵絲要先彎折為凹狀,以便讓封口條可以掛上去(圖三)。

三、取直徑約一公分的強力磁鐵,由底部慢慢靠近封口條,一旦封口條被磁鐵吸引就停住,不要再移動磁鐵(圖四)。

四、點燃蠟燭(注意:先將蠟燭高度調整好,要低於封口條的下端),並將蠟燭放到封口條下端加熱(圖五)。很快的,封口條就像很怕蠟燭但是又愛磁鐵似的,一下子離開蠟燭,一下子被磁鐵吸回去,如此來回擺盪,如同盪鞦韆一樣(圖六)。

原理:

西元一八九一年左右,法國科學家居禮(居禮夫人的先生)發現,鐵磁性物質在加熱到某一特定溫度時,磁性會消失,後來稱此溫度為「居里點」,也稱為居里溫度或磁性轉變點。在這個溫度時,鐵磁性或亞鐵磁性物質會轉變成順磁性物質;而不同鐵磁材質的居里點溫度不同,例如:鈷的居里溫度約為攝氏一一二三度,鐵是七七○度,鎳則只有三五八度。一旦溫度下降,鐵磁性又可隨即恢復。

這次的科學遊戲利用上述原理,將含有鎳成分的封口條加熱,由於鎳的居里溫度只有三五八度,以燭火加熱即可達到。當封口條達到居里溫度時,鐵磁性消失,不再被磁鐵吸引,因此就會因重力而盪下來。離開燭火之後,封口條溫度降低,鐵磁性恢復,又可被磁鐵吸引。如此反覆,就形成封口條來回擺盪的運動了。

延伸的遊戲:

將封口條的盪鞦韆運動設計為水平左右擺動,操作過程如下:

一、先將封口條水平綁住固定,再將強力磁鐵偏右(或偏左)靠近封口條(圖七)。待封口條被強力磁鐵吸引後就停住,不要再移動磁鐵或封口條(圖八)。

二、點燃蠟燭,移到封口條下面加熱,一會兒,封口條就會彈開,彈開後又再被磁鐵吸引回來,如此反覆的左右來回擺盪(圖九)。

叮嚀的話:

一、強力磁鐵建議使用大一點的,操作時不能太靠近燭火,因為強力磁鐵會因為受熱而失去磁性。

二、還可以試試看,如果用不一樣大小的強力磁鐵,或長短不一樣的封口條來玩,封口條擺動的速度、幅度會有什麼不一樣呢?

註:感謝國立台灣科學教育館許兆芳先生提供諮詢意見。



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