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物理世界-波動

波動是空間上傳播的一種物理現象,波的傳播速度總是有限的。波動通常是一種藉由介質(群體粒子的行為)來傳遞能量的行為,例如聲波、水波;但有些波動則不需要介質傳遞能量,例如光波。波速與介質的彈性與慣性有關,但與波源的性質無關。波根據振動源的次數可以分為脈波與週期波。波在均勻、無向性的介質中傳遞時,依介質的振動方向分可以分為縱波與橫波。

同步共振與機械手臂

同步共振與機械手臂

本展品中的機械手臂由台達提供,展品按公告時間自動啟動。機械手臂可以作精密移動,準確夾物,將每個節拍器輪流移至發條區上緊發條,然後橫掃而過,讓每個節拍器開始來回擺動震盪,一開始節拍器各擺各的,但是過不了多久所有的節拍器就會達到「同步擺動」的規律狀況,畫面和聲音都相當震撼!請觀察從隨機擺動開始,到完全同步,大約需要多少時間?為何節拍器彼此之間可以「互相溝通」,最後達到同步?這個展示的關鍵秘訣在何處?

波的足跡

波的足跡

本展品上方彈簧展示「縱波」的產生和傳遞,下方展示的是「橫波」的產生和傳遞。將上方的操縱桿前後猛的一推,會看到彈簧中出現疏密相間但向前移動的「縱波」。如果對面的尾端固定,這一邊創造的縱波撞擊對面固定端,會產生何種現象?反射的波在相位上是否會有變化?兩邊的參觀者同時用力一推,會看到各人創造的縱波彼此穿越,穿越前和穿越後這兩個縱波的強度和形狀有無變化?下方的操縱桿可以橫向猛的一晃,會看到彈簧中出現左右擺動但向前移動的「橫波」,重複上面一人和兩人的操作,觀察橫波的反射和穿越。

垂直的蛇擺

垂直的蛇擺

單擺的週期和「擺長」及當地的「重力加速度」有關,這項展品中各個小球的擺長不同,但是垂直懸吊,轉動把手推動所有的小球開始擺盪,因為各個球的擺動週期不同,就會出現不同的振盪和波浪組合,操作者可以退後幾步,好好欣賞。想想看,每個小球的擺動週期都是固定的,由擺長決定,為何整體蛇擺的花樣會不斷改變?這個展示是用藝術的手法,來表達科學的內涵!

水平的蛇擺

水平的蛇擺

這個蛇擺是由好幾個水平懸吊的小球構成,每個小球的擺長不同,因此振盪週期也就不相同。逆時針轉動操縱桿,讓蛇擺開始擺盪,可以從左右兩邊觀察波形變化,想想看,每個小球的擺動週期都是固定的,由擺長決定,但為何整體蛇擺的花樣不斷改變?

2021 / 03 / 18 更新

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