5個奇妙的科學現象

5個奇妙的科學現象
高瞻計畫特約編譯 柯廷龍/國立臺灣大學物理學系王名儒教授責任編輯

photo credit: Veritasium

幾個星期前，在yoututbe 上的 Veritasium Science 科學頻道上，站主別具匠心的分享了5個有趣的科學現象，
本文為該影片之中文解析。

在以下影片中，科學家闡釋了幾個特別的物理現象：

ㄧ、被磁棒綁架的麥片:

漂在水面上的麥片為何會跟著磁棒移動呢？有兩個原因：

1.影片中的麥片含有鐵(Iron)，有些市面上所賣一碗早餐分量的麥片其鐵含量高達每日營養需求的60%，所以會被磁鐵吸引。

2.水具有反磁性(Diamagnetism)，當有磁場影響到它時，它會產生相反磁場，亦即與外加磁場互斥。所以，當磁棒接近水平面時，會造成水平面的下陷，使得漂浮物跟著移動。

上述兩項作用相輔相成，使得當磁棒靠近在水上漂浮的麥片時，麥片會「情不自禁」的跟著磁鐵走。

二、只要用兩隻手的食指撐起杖類物品，並從其任意選取的兩端起始位置同時向中間靠進，就可以找到該物體的質心(Center of mass)。解釋如下：

假設有ㄧ隻手比較靠近質心，當兩隻手同時往中間移動時，比較靠近質心的那隻手會承受較大的物體重力，故其最大靜摩擦力較大，而另ㄧ隻手的摩擦力較小，所以後者會先向中心移動，直到兩隻手與質心的距離相仿。到最後，兩隻手會因為上述的現象不斷互相調整直到它們雙雙抵達質心的位置。

三、當你向上甩手機時，不見得能穩定地轉動：

怎麼說呢？ 手機有三個旋轉主軸(Principle Axis)：長軸(Major Axis) 、短軸(Minor Axis)和居間軸 (Intermediate Axis)。

繞著長軸轉有最大的轉動慣量(Moment of Inertia)，也就是說，要讓它轉動最困難；而短軸則完全相反，用較小的力矩就可以讓它達到固定的旋轉加速度。另外，顧名思義，對應居間軸的轉動慣量就在前兩者之間。

居間軸定理(Intermediate Axis Theorem)告訴我們當你嘗試以手機的居間軸轉動時，它無法保持固定方向，而會向其他方向翻轉。推導此定理的數學算式很複雜，簡而言之，當你以手機的長軸或短軸轉動手機時，其轉動是穩定的；就好像在空中垂吊手杖（見影片），如果你稍稍推弄它，手杖都會擺回到原來的地方。但是當你是以居間軸使手機旋轉時，就好比是將手杖豎直放在手掌上並使其平衡一樣，任何ㄧ個從旁而來的擾動都有可能使手杖倒下，亦即此狀態是不穩定的。

四、帶電的物體會使水流改變方向：

ㄧ般的人會認為這種狀況會發生是因為水是極性分子(Polar Molecule)，但是此論點並不完全正確。事實上，溶於水中的離子(Ion)才是罪魁禍首，當你拿ㄧ個帶有負電的杯子靠近水龍頭下方的水流時，它會排斥水中的負離子，讓它們往上跑，此時，流下來的水會帶有正電荷。從水流中分出來的水滴也都帶有正電荷，它們會被帶有負電的杯子吸引，造成水的轉向。以任何帶有離子的液體取代水，都可以看到相同的現象。

五、當我們從上而下燃燒空茶包，它的灰燼會起飛：

當茶包由上而下燃燒時，裡面的空氣變熱並開始膨脹，它的密度變低，而旁邊密度較高的冷空氣就會把它往上推，讓茶包的灰燼飛起來。