看火箭升空 學STEM原理

現今通訊發展是原因是因為在太空上的通訊衛星替我們人類提供服務,那麼通訊衛星是怎樣放在太空中呢?就需要運用火箭把它們運載上太空了,但火箭是怎樣可以抵抗地球重力,從而去到距離地面成千公里的位置呢? 重要的地球重力 地球上一切的物件活動都會受到地球重力的影響,不論海洋裏的水,或是空氣都會因地球重力而被吸引在地球表面,生物都是因為在重力影響下才能在地面活動。假若地球失去了重力,太氣層可能會因缺乏地心吸力的影響下令地球上的空氣消散至太空,地球上的生物又可能會缺氧而死,所有地面上的物件亦可能會飄浮至空中並往太空漂離地球,可見地球重力對地球的重要性。 運送衛星就需要工具 要把衛星送至太空中就需要能對抗地球重力的推進力,火箭身上裝有的噴進器,就是一種利用高速排出高壓氣體來以製造出對抗地心吸力的反作用力而前進的運載工具。火箭推進是附有很精密的結構,當中包含了力學、熱力學,電學及及其它有關科學運用原理。 火箭的燃料在燃燒室經過燃燒後,會產生高溫高壓的氣體,之後會經過噴嘴加速再排氣到外界,所排出的氣體就是推動火箭的原動力。如果物件愈重,所需要的反作用力就愈大,即是需要的燃料也需要增加。 最近在香港舉行的《Race for the Line火箭車比賽》當中所使用的火箭車就是運用了燃燒火藥時產生的爆炸力作為動力令火箭車在地面上以直線高速運行,不用對抗地心吸力。 學校常用水火箭教授火箭原理 水火箭運作原理與火箭類同,分別就是推進水火箭前進的水,而不是高溫的空氣。在發射水火箭前是要先用泵替水火箭內部注入空氣,當水火箭內的壓力大於大氣壓力之後水山就會向外噴射。 當水火箭的尾部噴出水時,會產生一個向下的「作用力」,同時對應地會產生一個「反作用力」施加在水火箭身上,根據牛頓運動第三定律:作用力與反作用力,每一個「作用力」與對應著的「反作用力」的力量是相等,只是方向相反的,引致水火箭噴出水的力度會等於推動水火箭向前運動的力。 水火箭所需要的材料和工具較多,當中的水火箭發射咀就需要特別訂購或自製,同時測試活動需要戶外進行,而且也會浪費食水。 製作空氣火箭 空氣火箭運作原理與火箭類同,只是推進空氣火箭前進的是空氣,製作容易,材料簡單,同樣都是運用了牛頓運動第三定律:作用力與反作用力。 所需材料:牛奶盒(1L)1個、粗吸管2枝、幼吸管1枝、膠樽蓋1個 所需用具:直尺、剪刀、膠紙及萬能膠 製作步驟: 1. 把牛奶盒(1L)的頂部 (三角柱) 斜面開一個能夠讓粗吸管穿過的孔,同時較底部位置及膠樽蓋頂亦開一個能夠讓幼吸管穿過的小孔。 2. 把粗吸管穿過牛奶盒頂部斜面開的孔,再利用萬能膠封粗吸管從小孔之間的空隙。同時,把幼吸管穿過膠樽蓋的小孔及牛奶盒底部小孔,再利用萬能膠把膠樽蓋固定位置。 3. 可利用其他環保物料加貼在牛奶盒上,以粉飾空氣火箭發射台。 4. 利用其他咭紙依下圖。 5. 製作空氣火箭發射台的升空支架並利用萬能膠把升空支架固定在牛奶盒上。 6. 完成空氣火箭發射台,便可以試吹粗吸管以測試空氣有否在幼吸管噴出。 利用粗吸管製作火箭,利用膠紙把粗吸管的一端封好,讓空氣不能通過。利用紙製作一個定風扇,亦用膠紙把定風扇固定在火箭的底部。完成後,就可以試開射火箭。 吸管火箭升起的原因 在粗吸管的入口吹入空氣,令牛奶盒內的空氣壓力增加,增加了的空氣壓力會從幼吸管的出口排出,由於入口的面積較出口大,排出的空氣壓力也會增強,封了口的吸管火箭會受了排出空氣壓力成為向上作用力,向上的空氣壓力會因封口位置產生了一個向下的反作用力把吸管火箭內的空氣排出,驅使吸管火箭升空。 當吸管火箭內空氣壓力與外界相同時,吸管火箭會因為地心吸力大過吸管火箭向上的推進力而跌落地上。 根據氣壓的公式:氣壓 P (Pressure) = 力F (Force) / 面積 A (Area),如果牛奶內要維持氣壓穩定狀態,吹入的空氣會全部出口排出,入口粗而出口幼就會引致出口排出的力會大於入口吹入的力,因而吹力的大小和吸管出入口的粗幼會影響火箭升起的高度。 看似外表複雜的火箭,其實是由簡單的科學原理開始,所以不要隨便看輕自己微不足道的工作,那可能成就了不少大工程。 內容提供︰STEM Sir 刊載於︰GRWTH app

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自動洗碗碟機的STEM元素

天寒地凍最怕做的家務就是洗碗,凍水洗就令手冷冰冰,暖水洗又怕電費貴,配戴膠手套洗完後雙手又有膠味,自動洗碗碟的發明就可以解決以上問題。這個冬天裡面洗碗的好幫手,其實蘊含豐富的STEM元素。 從工商用途到大眾家中 傳統的洗碗碟機的機身身型龐大,用水量大,未必適合一般家庭使用,加上亦需要使用指定碗碟方可使用,加上價格亦不便宜,故此未能普及化,過往亦僅限於工商業方面使用。 新款設計的自動洗碗碟機的整體設計就有考慮到現代家庭的廚房需要,體積一定要夠纖細才能適合大眾使用。現代的自動洗碗碟機有兩種,一種是接駁式,另一種就是儲水式。 接駁式自動洗碗碟機像洗衣機一樣,需要接駁入水喉和排水喉後;儲水式自動洗碗碟機設有儲水箱,不用接駁水喉也可使用。 自動洗碗碟機的工作原理 大部分自動洗碗碟機的設計參照了自動旋轉澆水花灑的設計原理,在底部設有旋轉式噴嘴,讓水能夠由下而上旋轉式噴水,有助增加與碗碟面的接觸範圍,加上噴嘴口的出水位較細,亦會加強噴水力,以達用水高速沖刷碗碟表面的清潔效果。 有些自動洗碗碟機更設有雙獨立旋轉噴嘴,能夠加大噴水範圍,有助帶來更全面洗淨效果。 利用高溫清洗油脂污漬 自動洗碗碟機在洗滌過程中會以攝氏70度高溫進行清洗,水本身有一個特性,就是當水溫達到45度時,它的中活性物質就開始發揮效能,有助分解油脂和污垢,使用者更可以加入自動洗碗碟機的專用洗碗碟粉劑,就能夠與餐具中油脂起良好的鹼性皂化反映,使油脂和污垢更容易脫離餐具。攝氏70度高溫有效洗脫洗碗餐具上的有害病菌,達到清潔與除菌的雙重效果。 水柱運用了作用力與反作用力 大部分新款的自動洗碗碟機的旋轉式噴出的強力高壓水柱噴射到機內的每一個內壁,都會因為作用力與反作用力,即牛頓力學的第三定律,內壁會給予水柱產生反作用力令水反彈至碗碟及餐具上。 同時,自動洗碗碟機在洗滌過程中的水會循環使用,能夠節省用水。如果自動洗碗碟機在整個洗碗碟的過程中需要使用9公升水,一般會利用一半即9/2=4.5公升的水作第一階段混合洗碗碟粉劑進行去除油脂和污垢。餘下的4.5公升的水會用作過水清潔的第二階段,以清除碗碟餐具上餘下的洗碗碟粉劑之用。 靈活運用感應裝置 自動洗碗碟機內設有微型電腦,管理不同的感應裝置,分別是:開關感應器、水量感應裝置、過熱保護裝置及泡沫防溢裝置,它們各有不同的功能,例如:開關感應裝置是要確保機門正確關閉後才開始操作,以防漏水;水量感應裝置就負責確保到達安全水位才進行加熱,以防空燒損壞機件;過熱保護裝置能感應水溫,防止過熱而損毀餐具;泡沫防溢裝置能防止洗滌劑產生的泡沫溢出機外。 化身成小型儲碗碟櫃 自動洗碗碟機完成清洗程序後,可以讓用家自助選擇乾碗功能,乾碗功能開啟後,洗碗碟機內會加熱烘乾碗碟及餐具,過程中以熱力和脫水進行消毒。完成乾碗過程後,機內理應是無菌狀態,所以碗碟及餐具可以繼續存放在自動洗碗碟機內,到下用碗碟時才打開取出,十分方便。 自動洗碗碟機對飲食業界來說是一項很偉大的發明,有助解決請不到清潔工的問題,但是家用式的洗碗碟機就不合他們的需求,要清潔大量的碗碟餐具需要更大的洗碗碟機。 但有多少間餐廳會有足夠的空間放置大型的洗碗碟機呢?正因為有此問題,就有代洗碗碟餐具的公司出現,他們一般會租用工廠大廈並添置大型的洗碗碟機,為食肆提供洗碗碟餐具兼運送服務。可見新科技的出現可能會取代某些職位,又有機會創造新的行業。 內容提供︰STEM Sir 刊載於︰GRWTH app

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不會融化的雪糕之謎

大家一聽到雪糕就會聯想到夏天,在炎熱的天氣下食雪糕簡直是一件樂事,可是每次食雪糕都要與時間競賽,不能慢慢品嚐,因為雪糕會因周邊溫度的相差而融化,最後會變成液態,如有雪糕是不會融化,你說有多好?不過是否真的有不會融化的雪糕嗎?筆者可以解答大家︰有! 雪糕的製成方法 要知道不會融化的雪糕是怎樣製成,需先了解一般雪糕的製作方法。首先是把牛奶、牛油、奶油等乳脂肪與砂糖、香料和水混合加熱攪拌,過程中令油脂成分變得更細緻,同時會打入適量的空氣進行乳化增加口感,之後利用高溫殺菌,殺死對人類有害或令食物變壞的細菌。 完成後會以0至5度進行冷卻及熟成,利用高速旋轉機把料理冷凍使當中的水分結成冰晶,最近用零下30度的強風令所有水分凍結變成雪糕。 為何雪糕遇熱就融 雪糕之所以會融化是因為它的材料和製作過程運用了冷凍的方式把當中的水分結成冰而製成,當冰遇熱或在室溫之下,材料中的空氣和水分會吸引外界的熱力令空降粒子和水分水增加能量活動,空氣和膨脹而驅使水分子由固態的冰變成液態,造成融化現象。 由此可以知道令雪糕融化的主要「元凶」就是空氣和水,如果能夠把雪糕內大部分的水分取走,那麼會製造出不會融化的雪糕。 不會融化的太空雪糕 關鍵在於脫水 在眾多的太空人食品中,太空雪糕就是一種不會融化的脫水雪糕,它是透過高度真空凍乾燥技術來去除雪糕內98%的水分。那麼什麼是「高度真空凍乾燥技術」呢? 高度真空凍乾燥技術的原理是先把含水物料預先凍結到其共晶點溫度以下(約零下30度),使其內部水分完全凍結為冰,然後在真空條件下使冰直接升華為水蒸氣。 再用真空系統的捕水器或者製冷系統的水氣凝結器將水蒸氣冷凝,從而獲得乾製品。凍乾技術是真空技術與冷凍技術相結合,從而成為一種可以明顯提高乾製品質量的乾燥脫水技術。有些蔬果乾片也有運用了凍乾技術來把食物進行乾燥脫水,延長食物的保存期。 由於在近乎是脫水狀態,故此不容易讓細菌在太空雪糕內生存,所以太空雪糕的保存期可高達三年,更不需要放在冰箱裏,在製作過程中完全不用添加任何防腐劑以及對人體有害物質,可算是一款健康食品。 普通雪糕與太空雪糕的異同 太空雪糕的成份和普通雪糕的成份大致相同,差別就在於雪糕製成後利用了高度真空凍乾燥技術,只是把雪糕內的水分抽走,所以會保留了與普通雪糕原有濃烈的香味。 然而太空雪糕內因為沒有水分和空氣,裡面的材料粒子就變硬,令太空雪糕就失去了原來雪糕應有綿軟的口感,而變得像餅乾一樣,變得又乾又脆…… 其他太空食物 大部分太空人所進食的食物都要替他們提供能量和營養,還要考慮到它們的保存期,同時太空人在太空艙的空間有限,沒有放置食品殘屑的空間,食物包裝又要輕和體積小,加上在太空烹煮亦有難度,能夠一開即食較為方便。 在太空進食沒有味道的原因 值得一提是太空人在太空進食需要面對很多問題,首先在缺乏重力的環境下,身體中的體液流動方式會和平常在地球上的不同,臉部可能會因多餘的液體而腫脹起來,有機會造成鼻塞,令太空人像患上了感冒似的無法嗅出食物的香氣,使太空中的食物變得沒有味道。再加上太空餐不能有多鹽,因為若在太空中攝取高量的鹽,會造成身體水分滯留及其他健康問題,由此可見太空食物較沒有鹹味。 要當一位太空人真是一項不容易的事,食雪糕是要享受那種軟棉棉如冰凍雪花的感覺,更要用鼻子嗅嗅雪糕的香味才算是享受,變成了太空雪糕後就失去了原來的享受,可見做太空人就失去了享受食物的機會,所以大家要好好珍惜食物。 內容提供︰STEM Sir 刊載於︰GRWTH app

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環境氣候活動家 – Greta Thunberg

不知道大家知道Greta Thunberg嗎?Greta今年16歲,是2019年諾貝爾和平獎候選人,同時亦是Times100 (時代:最具影響力的人)最年輕的入選者。 在2018年8月,她不顧家人的勸阻,為了氣候議題獨自在瑞典議會大樓前發起罷課靜坐行動,目的就是希望提高政府和公眾對極端天氣和溫室效應等問題的關注。持續到現在的每個星期五,Greta都會在瑞典議會大樓前靜坐。世界各地的青少年漸漸了解其意義,並陸續的參與抗議活動。在2019年3月15號,全世界估計有140萬學生在各地參與了罷課和抗議活動。 以下分享的影片是先前Greta在TEDxStockholm上的演講: Greta分享說自己8歲開始意識到全球氣候問題,認為現在的社會缺乏了讓公眾了解我們的日常生活對地球造成的問題和傷害。她稱她不希望將來她的下一代會問她【為什麼當初在還可以逆轉事情的時候忽視問題?】。她認為這個地球需要改變,並已經是刻不容緩的事實了。 每年5月24日是全球的Student Climate Strike。當然我們並不是提倡大家罷課,只是希望大家都能正視氣候變化問題,一齊攜手協力拯救地球! 內容提供︰Green Monday 刊載於︰GRWTH app

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逼真VR場景 提升學習成效

活在圖像思維的年代,我們每天也接觸大量照片和片段,影像較文字更能加深我們對事物的印象。因此近年隨着VR興起,透過VR進行教學的機構亦愈來愈多。其實VR的逼真場景,是否有助提升學習成效?一切原來有科學研究支持。 VR場景愈細緻真實 印象愈深刻 在影像、聲音和文字三者當中,影像的真實性對吸引觀眾的注意力和提昇學習能力,影響尤其重大。1981年,美國神經生理學家Roger Wolcott Sperry博士指出右腦是圖象式的思考,主管想像、直覺等感性活動,而獲頒諾貝爾生理學或醫學獎。與此同時,以幼兒為對象研究右腦功能的書籍《The Right Brain》亦面世,作者指大量信息傳遞至右腦時,可刺激腦部細胞,幫助幼兒更快吸收新事物,從而培養主動追求知識的習慣。 中文大學以VR提升語文教學 最近,香港中文大學學習科學與科技中心獲捐助2,300萬元,啟動《觸境生情》虛擬實境語文教學計劃,透過極之接近現實的VR畫面,訓練中學生的觀察力,然後細膩描寫所見所聞。一位有份參與計劃的香港學生從沒到過深水埗布疋小販市場「棚仔」,VR影像讓她了解到這裡是手作人的尋寶地,視覺牽動情緒,情感激發創意和想像,她把印象最深刻的畫面寫進文章裡,作品得到表揚。事後她好奇到「棚仔」實地一遊,以小見大,從「棚仔」了解香港製衣業的興衰。 港大護理學院VR認識臨床實況 無獨有偶,港大護理學院首階段耗資二百多萬元,購入VR虛擬實境教學設備和智能機械人,去年九月開始應用於臨床護理訓練、精神健康護理、社區健康推廣等課程。VR教學短片製作團隊走訪全港醫院攝製,訪問前線醫生及護士的臨床見聞,設計情節和聲畫效果,令教學短片切合臨床實況,讓學生對臨床護理工作有充足的心理準備。每段影片製作三至四個月,在探討精神病個案時,學生可置身於被黑影、幻覺、怪笑聲等,精神分裂徵狀纏繞的感觀世界,從而明白病人的真實情況,唯有身同感受才能建立同理心。 中學教師體驗同步虛擬實境教室 5月31日佛教志蓮中學邀請虛擬實境教學出席教師發展日,並即場為50位友好學校的中學教師示範同步虛擬實境教室,當天共播放了《從太空看地球》、《保護大堡礁》、《本色中國》及《大澳水鄉》四段VR影片,由於畫面細緻像真,只要幾十秒時間就掌握到太空知識、海洋生態、歷史地標及本土文化等,不同領域的知識,這種「信以為真」的感覺亦稱「沉浸式體驗」,唯有優質的VR畫面能提供最佳的「沉浸式體驗」,應用在教學上能提升使用者的學習興趣和成效,令用家快速投入情境。若純粹以卡通動畫去表達,效果不如真實場境那麼容易有共鳴。事後教師們還深入討論提昇VR對學與教的功能。 內容提供︰VR Educate 刊載於︰GRWTH app

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暗記螢光筆令文字消失的秘密

學生們和家長們角力的日子是無間斷的,父母不停催促子女溫習,因為每年都有大大限小小各中、小學的考試月,同學們是要為應付學期終考試而努力,父母和子女都是多麼辛苦呀! 大家在讀書溫習的時候,都會利用紅色原子筆或不同顏色的螢光筆在課業上或筆記上把重點畫上記號,以提示自己在重溫的時候要特別留意,但有時候又會不適當地使用結果令課業或筆記變得眼花撩亂,影響溫習效能。故此,同學應該要先學懂如何把重點文字或段落進行標記才能有助提高溫習的效能。 暗記螢光筆的設計 暗記螢光筆可能會成為同學溫習用的好工具,暗記螢光筆是一支擁有兩個筆頭的螢光筆,一個筆頭是有輕鬆標記重點的綠色螢光筆頭,而另一個筆頭是幫助記憶的橙色筆頭。 另外,有很多時螢光筆所用的墨水都會容易沾到下一頁,又會把書本弄得很骯髒,但暗記螢光筆的綠色筆頭墨水經特殊設計,不會輕易印染讓墨水滲到下一頁,而且配有專用的退色筆,方便使用者消除綠色螢光標記之用。 紅色隱形墊板的設計 暗記螢光筆隨筆附上紅色隱形墊板,其實只是一塊普通的紅色透光膠片,只要用暗記螢光筆寫下必考重點後,再蓋上紅色透光膠片便能輕鬆隱藏字跡,幫助學生輕鬆複習考試重點。 紅色隱形墊板加入了簡單的梯形三邊開口位,造出一個防掉落固定夾設計,方便同學把紅色隱形墊板夾在書上,又可作書籤用途。 暗記螢光筆就是利用了顔色組合及光學原理來替學生在溫習的時候增加趣味性,同時又能協助使用者提高記憶力。 暗記螢光筆使用方法 暗記螢光筆能夠把文字隱藏起來,使用方式有兩種,第一種就是利用綠色螢光筆部分在課業內所印製的重點文字進行間畫標記,被間畫標記的文字仍然可見,但利用紅色透光膠片把課業內容覆蓋,在紅色透光膠片上可以見到文字內容,但被綠色螢光筆間畫的部分就會被遮蓋,見不到重點文字。 第二種使文字消失的方法就是利用橙色螢光筆填寫問題的答案後,再利用紅色透光膠片把問題覆蓋,在紅色透光膠片上能夠見到間題,但利用橙色螢光筆所填寫的答案在紅色透光膠片上沒有顯示出來。 究竟為何文字會消失呢? 第一種被綠色螢光筆標記的文字之所以消失是因為文字本身是黑色,被綠色螢光筆間畫後的文字會被綠色包圍,根據顏料顔色混合法,當紅色顔色和綠色顔色混合起來就會變成黑色,與文字的顔色相同,故此在紅色透光膠片上就看似文字被完全遮閉而消失。 而第二種令所填寫的文字消失的原因是橙色顔色與紅色的色系太近似,在紅色透光膠片下所有紅色色系的反射光都會被過濾視為與紅色透光膠片相同的顔色,所以橙色文字就看似消失了。 使用螢光筆的小心得 有系統的學習能讓學習變得更有效和更有趣味,利用螢光筆的不同顏色作出不同分類,以顏色來區分不同用途,與自己訂下使用顏色的規則,例如用「粉紅色」螢光筆來代表是「重要」或「必讀」,用「黄色」螢光筆代表「需要背的部分」,又用「綠色」螢光筆來代表「考試前速望」等,之後在溫習時便可以更有系統來,當場訂立了規則後就必要遵守所訂下的規則,待習慣了溫習規則就能事半功倍。 學懂以上的顏料顔色混合法,你還可以試用不同的半透顏色資料夾來製作自己獨特的暗記螢光筆溫習法。 內容提供︰STEM Sir 刊載於︰GRWTH app

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顯微鏡放大影像之謎

人類的眼睛之所以能夠看到物體的形狀、顏色和影像,是因為光線照射到物體反射後或光源所發出的光線進入眼睛,進入眼中的光線經過透光的角膜、虹膜、水晶體、和液態的玻璃體的折射成為影像落在視網膜上,再經過視神經把訊號傳送到腦海中。 水晶體與凸透鏡 眼睛中的水晶體的原理與凸透鏡的原理很相似,凸透鏡邊緣薄、中間厚,會有一個球面表面或兩面表面。凸透鏡主要對光起會聚作用,以折射成像,所成的像可以是倒立、縮小的實像; ▲倒立、等大的實像;倒立、放大的實像; ▲正立、放大的虛像。像出現的位置隨物體至凸透鏡的距離而變。 放大鏡的原理 根據凸透鏡光的折射原理,物體放在凸透鏡的一倍焦點距離內的位置,就能夠產生一個正立和放大的虛像,所以放大鏡就是一個短焦距的凸透鏡,在相同物距的情況下,短焦距的凸透鏡放大倍數高,所以當我們把放大鏡靠近物體時,就能夠透過鏡中看到被放大的影像。 顯微鏡的結構 放大鏡能夠把物體的影像放大,如果再把另一把放大鏡放在被放大的虛像上,能否把被放大的虛像再次放大? 顯微鏡的運作結構就是利用兩組凸透鏡組成,分別是靠近眼鏡的稱為「目鏡」,而靠近被觀察的物體的稱為「物鏡」。 顯微鏡樣本片會放置在載物台上,然後把物鏡對着樣本片,當光源照射樣本片,樣本片物體的光會通過物鏡,形成一個放大及倒立的實像,而目鏡就相當於放大鏡的功用,把由物鏡所形成的放實像再次放大,形成一個放大及正立的虛像。 顯微鏡的光源亮度對顯微鏡是會產生影響的,而大部分新款的顯微鏡都設有LED頂燈及底燈,讓使用者可自行調較光暗,能夠觀看透明或非透明的標本,加上顯微鏡台内置更設有濾光鏡,營造色差對比,讓標本一目了然。 而微調手輪而能讓觀察者微調載物台的高度,以便調整物鏡與的標本的距離,使影像更清晰。 顯微鏡中的數學 顯微鏡能夠把微小不可見或難見物品之影像放大,是能夠讓我們利用眼睛觀察極微小的物件的光學儀器,顯微鏡的放大倍率和清晰度對顯微鏡是非常重要,在目鏡和物鏡身上都會刻有一些數值,例如:4x、10x、12x或120x,這又是什麼來的? 顯微鏡的調整倍率,又叫放大倍率,就是相等於:目鏡倍率 x 物鏡倍率,假如目鏡倍率是 10x,而物鏡倍率是 120x,顯微鏡的放大倍率就是 10 x 120 = 1200 倍。 目鏡的鏡頭愈長、倍率愈低;目鏡的鏡頭愈短、倍率愈高。而物鏡的鏡頭愈長、倍率愈高;物鏡的鏡頭愈短、倍率愈高。顯微鏡就是利用目鏡和物鏡的倍率組合來改變顯微鏡的放大倍率。 顯微鏡與智能手機的配合 新型設計的顯微鏡更可以接駁智慧型電話轉接器,可以在目鏡位置放置智慧型電話,可以進行攝影機拍照或錄影,更方者觀察者把標本影像以作分享或傳送之用,更可以利用智慧型電話的放大功能,有助增加影像的放大率。 顯微鏡在STEM學習中依然扮演着一個很重要的角色,就是要培育學生的觀察能力,視藝老師更可以利用顯微鏡配合視覺藝術的課堂中,以觀察微小世界的美進行藝術創作,成為科學中的藝術。 內容提供︰STEM Sir 刊載於︰GRWTH app

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菠蘿削皮機 蘊含豐富STEM元素

夏天到了,又甜、多肉、多汁的水果是很受大眾歡迎,而菠蘿就是其中一種,可是在家要打開一個新鮮菠蘿就不是一件容易的事,用刀削皮和「起釘」就花不少氣力。因此大家會想到超市甚至食品加工廠的菠蘿削皮機。不過這款機械,其實蘊含不少STEM元素在內。 認識菠蘿的結構︰難以削皮起釘之謎 菠蘿頂部長有菠蘿葉,外層有凹凸不平的硬厚皮包著菠蘿的果肉,果肉富有豐富的膳食纖維和汁液,而菠蘿果肉的中央是肉質纖維較密、較硬和堅韌度高的果芯,難以用牙齒咬爛,所以最常被食用的部分就只是多汁的果肉。 傳統取出菠蘿肉的方法 要替菠蘿進行削皮,最好的方法就是先把原個菠蘿的頂部和底部切除,形成一個圓柱體的狀態,然後利用刀沿着圓柱菠蘿的曲面外皮逐一削走,再把菠蘿切件和切走較硬的果芯才能把菠蘿肉取出。 手動菠蘿削皮器 結構簡單卻實用 手動菠蘿削皮器工具的出現,有助大家在家中簡單地把菠蘿起肉,手動菠蘿削皮器的外型設計極之簡單,只是一個手柄連接著一個不鏽鋼中空圓柱筒,圓柱筒的底部設有鋸齒,外圍有一片中空不鏽鋼的開邊圓形面,開邊位置以一高一低的形式接駁,形成一個螺旋斜面,外圈高低部分亦有垂直的三角形面,三角形的斜邊亦設有鋸齒。 在使用手動菠蘿削皮器前同樣要先把菠蘿頂部打橫切除,然後把手動菠蘿削皮器垂直放在菠蘿頂部,位置要較接近中央圓心,稍向下用力把圓柱筒刀體以順時針方向旋轉鑽入菠蘿內,一直削至底部。 把工具往上提起就能夠把整個菠蘿肉抽出與果皮分離,按下手柄下的兩個黑色按鈕便可以把手柄和刀體分拆,這樣就能夠完整地取下菠蘿果肉。 在旋轉螺旋斜面的過程中,原來經已把菠蘿肉切的厚度一致的菠蘿片,同時菠蘿芯也被中空圓柱筒切出,極為方便。 自動菠蘿削皮機 系統化運作 近日在各大型超市有巡迴的方式放置了一台自動菠蘿削皮機,只要放入完整的菠蘿,再按下按鈕,短短三四秒就把菠蘿削皮、起肉及入盒,是個極速取菠蘿肉神器。 自動菠蘿削皮機的削皮程序極為簡單,只有三個步驟,分別是: 步驟一:放入菠蘿 步驟二:放入盒子 步驟三:按開始按鈕 當按下開始按鈕後的菠蘿會沿半圓路軌送至後方,路程中裝有上下平行的刀把,當菠蘿路經時就能同時把菠蘿的頂部及底部切除,然後被送入後方的削皮台上固定位置。 第二個步驟是削皮台上裝有一把圓柱筒刀,圓柱筒刀內的刀有固定造型,圓柱筒刀垂直向下切入果肉,把菠蘿皮和菠蘿芯削走,同時把菠蘿肉切成八件並推入收集筒內。 第三個步驟就是把盛載有菠蘿肉的收集箱轉至出口已放置空置的食物盒位置,然後打開底部,菠蘿肉就會跌落食物盒內。 任何一種自動機器的設計理念都是建基於一些特定恆常的工作順序,再簡化步驟及優化工序,把機器活動空間減至最小,就有助研發出既方便又受大眾歡迎的產品。 內容提供︰STEM Sir 刊載於︰GRWTH app

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VR學與教 無遠弗屆

北京實驗 倫敦探討 內地早前發表一份《VR教學對學生學習成績的影響實驗報告》,以北京全日制中學生的考試分數作比較,研究用VR教學如何改善學習成績。結果VR教學組的考試平均成績較傳統教學提升27.4%。報告同時指出,即使學習困難的學生,也能提升20分,VR學與教成效不容置疑。 無獨有偶6月11至12日英國倫敦舉辦了一個名為Future Edtech的教育活動,重點探討如何利用VR學與教,讓學生進入沉浸式學習環境,從而有效了解現實世界。此外,亦從多方面研究,探索VR學與教跟語言、設計和人文學之間的連繫,從而規探VR學與教的定位與未來路向。 中學、大學體驗 青少年分享 6月5日中華基督教會方潤華中學邀請虛擬實境教學,到學校即場示範同步虛擬實境教室,一眾老師親身感受VR學與教的成效,積極提問及討論。 6月14日香港教育大學鄧斌衡博士親臨虛擬實境教學,親身體驗如何以VR幫助學生有效學習。 7月5日上午11:30虛擬實境教學創辦人及行政總裁黃賀蘭女士,獲香港青年協會賽馬會Media 21媒體空間的邀請,將在為期兩天的《新媒體節》發表演講,深入淺出分享VR學與教的優勢,歡迎學界出席以掌握VR教學第一手資訊。 地點:香港仔石排灣邨商場LG2層02室 網頁:https://m21.hk/ 2020亞洲聚焦VR學與教 BETT英國科技教育領導峰會及展覽是歷史最悠久、學界最矚目兼具權威的科技教育盛事,每年吸引全球各地數萬名學者、商家及專家前來,共同分享最頂尖的教育科技。 BETT Asia顧名思義是為亞洲國家而辦的同類展覽,一如既往得到多家院校及一眾龍頭科技公司,如微軟、聯想及HP等贊助。在VR學與教熱潮席捲全球下,明年3月在馬來西亞吉隆坡舉行的BETT Asia 2020,已預告從廣泛而深入的角度,探討VR教學將如何成為無可避免的教育模式。 網頁:https://asia.bettshow.com/bett-asia-2020 VR學與教,有望10年增長1,000倍 回想蘋果iPhone在2008年推出初期,首年只售出20萬部,如今每年銷量已超過2億。 現時香港VR學與教的應用雖未算太全面,但已跟全球學界接軌,並逐漸蘊釀一股新勢力,相信在不久將來有爆炸性的發展。 內容提供︰VR Educate 刊載於︰GRWTH app

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磁浮列車與STEM

首次在上海浦東國際機場乘坐磁浮列車(Magnetic Levitation Train;一般稱為 Maglev Train)往市區,沒想到何其極快,比乘坐地鐵往市區足足快半小時,極之舒適、方便、快捷!不過大家又是否知道,磁浮列車的科學原理,其實可以是STEM的教材? ▲上海磁浮列車(Shanghai Maglev Train;SMT) 磁鐵的特性 磁鐵是一種能夠產生磁場的物體,同時又能夠吸引一些有鐵磁性的物質,例如:鐵、鎳及鈷等金屬。而磁鐵上的磁極判定,可以利用細線懸掛磁鐵,指向北方的磁極稱爲「指北極」,又會以英文字母「N」來表示;指向南方的磁極就稱為「指南極」,用來英文字母「S」表示。磁鐵異極則相吸,同極則排斥。意思是指南極會與指北極相吸,而指南極與指南極相斥或指北極與指北極相斥。 ▲▼磁浮列車採用磁鐵的「異極相吸、同極相斥」原理推進。 磁鐵附近會有磁場産生,可以利用磁力線來以形象地描繪磁場分布。磁力線總是從 N 極出發,進入與其最鄰近的 S 極並形成,而在磁鐵內部的磁力線就是由 S 極到 N 極。 從磁浮列車玩具分析原理 磁鐵的應用範圍很廣泛,小型的有開合用的鈕扣、櫃門和馬達,大型的就有磁浮列車。 ▲即使是玩具列車,科學原理仍然是一樣。 而當中的磁浮列車就不斷運用「同極相斥,異極相吸」的磁鐵特性來令列車運作。就以磁浮列車玩具來作基本的解說,要令磁浮列車玩具懸浮在半空,在列車的的底部和懸浮軌道上裝有同極的磁鐵,利用同極相斥的原理令列車浮起。 磁浮列車的車身上裝有一組 N 極的電磁鐵,前後位置被兩個 S 極的永久磁鐵隔夾著,而在推進軌道的外圍就安裝了間段連續的 N 極和 S 極的永久磁鐵作為導引用的磁鐵。 ▲玩具列車和路軌,同樣按照真車的設計原理,安裝了相應的磁鐵。 ▲N / S 兩極磁場,形成「前吸 / 後推」現象,列車就可沿著導軌前進。 當電流流經過列車車身上的電磁鐵時,會產生一個N 極磁場,於是列車會與推進軌道外圍磁鐵的異極間產生一股吸力,而遇到推進軌道外圍磁鐵的同極所產生的排斥力,列車就能藉著前吸後推的動作使磁浮列車玩具前進。 上海磁浮列車設計與運作 上海磁浮列車(SMT)的運作原理亦與列車玩具差不多,只是SMT利用電磁鐵產生吸引力令車輛浮起,同時軌道是以「T」字形導軌設計,列車的兩側下部向導軌的兩邊環抱,以防止磁浮列車在高速行駛時脫離軌道。 ▲磁浮列車玩具仍需要旁邊的支撐,與現實的SMT有點不同。 ▲SMT的導軌和列車結構,可見與玩具磁浮列車有異。 磁浮列車的無接觸懸浮和導向系統是根據電磁吸引原理工作,懸浮磁鐵從下方將列車向上吸向軌道,導向磁鐵則在側向保證列車的行駛軌跡,列車從頭到尾都安裝著懸浮磁鐵和導向磁鐵。而安裝在軌道上的長定子是用來替列車進行供電。 ▲值得留意導軌中央部分的強力懸浮磁鐵,是它們令列車浮起的主力。 在列車車卡下部的內翻部分面上裝有磁力強大的電磁鐵,導軌底部設有鋼板。鋼板在上,電磁鐵在下。當電流流經電磁鐵上的金屬線圈時,能產生磁力吸引鋼板,因而令列車浮起。 ▲▼簡單來講,導軌的「導向磁鐵」用作引導列車前進、「懸浮磁鐵」則令列車浮起。 當吸引力與列車重力平衡,列車就可懸浮在導軌上方的一定高度上。只要改變電流,就能夠改變磁感應強度,使懸浮的高度得到調整。由於列車被浮起,就不會和軌道產生摩擦力,亦解釋到為何磁浮列車比傳統輪式列車有更高速度。 磁浮列車與數學 明白了磁浮列車的原理,現在不妨透過數學計算,了解一下磁浮列車究竟有多快。 ▲SMT來往上海浦東國際機場及龍陽路站(接駁上海地鐵)。 題目1︰磁浮列車以300公里每小時的車速由浦東國際機場站前往龍陽路站,約需6分鐘,問磁浮列車行駛了多少公里? 300 / 60 = 5公里每分鐘 5 x 6 = 30公里 即磁浮列車行駛了30公里。 ▲可以見到列車行駛速度在 301km/h,隨時比高鐵更快。 題目2︰磁浮列車在上午9時至10時45分,以及下午3時至3時45分,均以430公里每小時的車速行駛,問由機場前往市區需用約多少分鐘? 430 / 60 = 7.2公里每分鐘 30 / 7.2 = 4 分鐘 ▲SMT時間表。 不過若細心留意以上的行車時間表,可以發現由機場前往市區最快的兩個時段(即上午9時至10時45分,以及下午3時至3時45分),只需用約 4 分鐘的車程,但為何列車全程的實際所需要的時間不是4 分鐘,而是8分鐘呢? 這是因為以上計算是假設列車一開始的車速是固定,而列車實際行駛時是由靜止開始加速至指定時速,以及由指定時速減速到停止均需要時間。 ▲停泊於上海浦東國際機場站的SMT。 磁浮列車中還有很多不同的STEM元素,只要多思考、多聯想、多閱讀相關圖書及多進行相關實驗,就能繼續發掘很多不同的STEM應用。 內容提供︰STEM Sir 刊載於︰GRWTH app

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