波形织物织造技术介绍-沙鹿高工.DOC

2007/09/16 第期— 動態報導 課程新知 教材教法 專題研究 技職園地 動態報導 1.98課綱定案 「98職業學校群科課程綱要」訂於8月31日定案，可參考中心學校的網址於：.tw/center/Framework.htm。 2.提送96年度群科中心學校期中報告 96.09.28 截稿 3. 97年度中心學校業務移交國立沙鹿高工接辦 依96.09.20「職業學校群科課程中心學校聯席會議」決議辦理，自97年度起化工群中心學校業務移交國立沙鹿高工接辦。 ▲Top 課程新知 大王蓮靠浮力載重嗎？ 作者： 大王蓮是荷池裡常見的植物，與一般蓮花相較，大王蓮除了葉子超大之外其承載重量的能力也遠大於一般蓮花這是什麼原因造成這種結果呢？水黽是水塘裡常見的小昆蟲，在水面上滑行的能力另人難望項背，這又是什麼原因？兩者之間有關聯嗎？ 比重比水輕的東西，例如木頭，會在水中半浮沉，這是眾所周知的事。在鐵公路運輸尚不發達的區域，伐木業常會利用河流運送木頭到下游地區，在台灣，颱風過後，漂流木淤塞漁港時有所聞，也是因為漂流木比水輕，古老的傳說中，甚至有則達摩禪師一葦渡江的故事，您相信嗎？ 不能小看的表面張力 有時候我們會在池塘或水窪中看到一種能在水面自由滑行的小昆蟲，這種昆蟲叫做水黽。它有6 隻腳，成3 對：最前面的一對較短，職司捕食；中間的一對較長，負責滑行；尾端的一對，具剎車與轉向的功能。這種昆蟲是如何浮在水面、用什麼方法在水面輕鬆自在地滑行呢？牠經前面所介紹的大王蓮有關係嗎？ 若把視野拉近，大王蓮與水黽有個共通點，就是都浮在水面-水與空氣接觸的界面上。這個界面上有表面張力的作用，與地球的重力相較，重力不需接觸而作用在整個物體上，表面張力則需靠接觸且要有界面才能作用。由於沿著與作用線垂直的方向施力，就可拉開成一個作用面，而力量經位移的乘積是功，功是一種能量的形式，因此表面張力也可說是單位面積的表面能。因為最小的表面能量是一種平衡的條件，所以水滴會呈現圓球狀，而肥皂泡泡的形成也與表面張力有關。水黽就是利用水的表面張力，讓自己浮在水面上的。 表面張力不是浮力，需要界面的存在，因此水黽必須避免弄濕牠的腳，所用的方法就是製造一個疏水的表面。在蓮花的葉面上滴一滴水，水滴會在葉上滾來滾去，這就是所謂的蓮花效應遛是水的表面張力經蓮葉表面因奈米結構所形成的疏水特性所導致的。 水黽在水上滑行所牽涉到的表面張力效應顯而易見，那麼大王蓮呢？除了水翼船靠升力浮在水面之外，浮體大都是靠浮力或表面張力。大王蓮因為不動，所以沒有升力，若不完全靠浮力，而與表面張力有關，那麼表面張力的作用是從哪裡來的呢？ 若把鏡頭拉近，可看到它與一般蓮花不一樣的地方，就是它的表面有數目甚多的小小突起。若把大王蓮的葉面翻轉過來(翻轉葉面時必須小心遛因為大王蓮背面長了許多保護自己的銳利小刺)，可以看到支撐荷葉的荷梗由中央呈網絡狀往外延伸，且形成一個個四邊形的小氣室，這些小氣室提供了表面張力作用所需的界面。由於小氣室的數目很多，所以大王蓮能夠支撐相當大的重量而無明顯的下沉，這不得不令人讚嘆大自然的神奇！ 水黽如何滑行 水黽的英文﹚稱叫作water strider ，即水上滑行者的意思。ㄧ個令生物學家好奇的問題是：水黽如何在水面滑行？ 在西元 2003 年美國麻省理工學院的研究人員解開水黽在水上滑行的謎題前，學術界一直認為水黽是靠其足在水面產生表面波，藉由波的反作用力而在水面滑行。然而，這種解釋需要水黽的足快速划動才行！但是因為水黽的足頗長，根本無法快速划動。可是，水黽卻可輕易地在水面滑行，其極速可達每秒150公分，頗為驚人。若水黽身長以3 公分計算，150 公分相當於50 個身長！試想，如果人類游泳的速率可達每秒50 個身長，那會有多快？水黽在水面滑行的問題一直困擾著學術界。 仔細觀察水黽滑行時的水面圖像，可以發現水面有許多成對的渦(vortices)。這些成對渦漩的旋轉方向是相反的，水黽就藉著這些反向旋轉渦漩所產生的推力，輕鬆地在水面滑行。 讀者也許會覺得奇怪，自然界這麼多的現象遛為何有人獨獨鍾情於水黽？這除了人各有所好的特質外，大概就是凌波虛渡的夢想了遝人類因為夢想能像鳥類般在空中翱翔，雖然經過無數次的失敗仍無法在人的身上裝上翅膀起飛。卻因此而有了飛機的發明；因為希望在海中航行，所以有了船舶經潛艇。那麼水面呢？如達摩禪師渡江的傳說，可能嗎？ 美國麻省理工學院的研究人員在了解水黽的滑行原理之後，就模仿水黽做了一種機械水黽(robostrider)。儘管機械水黽遠大於真實水黽，其滑行能力也遠較真實水黽低，然而這個機械水黽確實能浮在水面上。仿照生物一直是人類的一個夢想，這一研究領域稱為仿