檢視光碟科學DIY 的原始碼

[[分類:動手做]]
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pid=83
show=原始設計者;簡介
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台灣生產的光碟片數量佔世界產量80%以上，因此容易取得廉價或廢棄的光碟片。光碟片具有國際統一規格，回收率高、取得成本低，因此可以作為物理教學與科學玩具的良好材料。一公斤的光碟片約65張，把廢棄的光碟片賣給回收商僅值5-20元/公斤，向回收商買回則須50-100元。因此把廢棄光碟片用來做玩具、擺飾、或教具等再利用，不但能減少廢棄物處理的成本，還可創造百倍以上的價值，比直接回收有意義得多！

有人把光碟粘在單車前後方，可代替警示燈；有些攤販把多片光碟吊起來，可驅趕蚊蠅；還有人把數個光碟粘起來成為鏡架或花座，十分方便與美觀。作者則用光碟配合測量學、光學、熱學與力學等主題，設計成一系列物理實驗與科學DIY活動，在中小學教學或社區親子活動中，非常受歡迎。

===一、測量實驗===
許多人常用光碟，卻不知道它的規格。請拿一些光碟片來觀察，判斷一般大小的光碟片的直徑、孔徑與厚度是多少；然後拿一把尺，仔細地測量，再參考文末的答案一~三。
[[File:同心圓.jpg|thumb|200px|圖一:用小燈泡（點光源）照射光碟中央時, 顯現同心圓的美麗圖案]]
接著請判斷一張光碟片的平均質量，以及光碟片上的螺紋間隔；答案在文末。
請在完成以上的判斷與測量後，再閱讀後續文章。

許多人並不去注意這些數值與單位，更常忽略測量方法；有疑惑時就上網找資料，事實上有些事是很容易求證的，只要有動手做的好習慣。科學講求實證，猜測常常失準，儘信書不如無書！作者在演講時，多次用以上問題讓老師或學生們猜，結果答對率很低。因此我們可以用光碟片幫助孩子們熟練基本測量方法，更能藉此培養他們良好的科學態度。

===二、光學實驗===
光碟片的奈米級小孔與柵距，配合紅與綠色雷射光束，可以成為繞射與干涉實驗的工具。若使用平面光源（如陽光）、線型光源（如日光燈）、與點光源（如小燈泡或LED），會產生輻射狀、水滴狀與同心圓等圖樣，可作為科學研習的主題。

如圖一，是用白光LED手電筒（點光源）垂直射向光碟片的圓心，形成漂亮的同心圓圖案。本來白光是複合光，所以各種色光射到光碟時，有些干涉的光線會射向眼睛；如果視線也垂直光碟片的圓心，則從同一視角得到的光線，具有相同的色彩，於是看起來就形成彩色圓環了。

如圖二，在日光燈的照射下，光碟顯現水滴狀的圖案（彩虹則是圓環狀）。原來日光燈是線型光源，可以類比為一整排的雷射光束以同一方向射往光碟，但是眼睛只在同一位置接收干涉光，所以看到的圖案就變成水滴狀了。至於平面光源更容易找到—拿一張光碟片背對陽光，可以看到美麗的輻射光束；或用光碟片把陽光反射到背光的牆上，效果也不錯。　
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<td>[[File:日光燈照射光碟.jpg|thumb|200px|圖二:在日光燈（線光源)照射時, 光碟顯現夢幻般]]</td>
<td>[[File:綠光雷射穿透光碟.jpg|thumb|200px|顯示綠光雷射穿透兩張透明光碟時，顯現的網狀紋]]</td>
<td>[[File:紅光雷射照射光碟.jpg|thumb|200px|左圖顯示紅光雷射照射光碟時，產生的五條干涉光束。]]</td>
</tr>
</table>

===三、熱學實驗===
[[File:用線鋸斷光碟片.jpg|thumb|200px|用一條線即可鋸斷光碟片]]
我們可以用光碟討論熱膨脹、熱塑性、熱傳播等物理特性。例如：均勻加熱一張光碟時，中央的孔會變大還是會變小？如果加熱使光碟軟化，可否做成像凹面鏡的探照燈、或博君一笑的哈哈鏡呢？

有一個熱傳播的遊戲很好玩：用細繩將光碟鋸斷。用一根細繩（或三股縫衣線捲成），穿過光碟片的中央孔洞；用兩膝夾住光碟後，兩手拉繩左右移動。可以和朋友比賽，誰最先鋸斷光碟片。技巧是：拉動的幅度要大，讓繩子有時間散熱，就能以柔克剛，把光碟鋸成兩半。把兩半光碟用膠帶粘合成為一片西瓜的形狀，可以設計成心情擺飾，還可以當成桌上的防小人照背鏡喔。

===四、力學實驗===
光碟加一顆寶麗龍球即可作為力學平台，可作一維與二維的力矩平衡實驗。力學平台在中學是標準的實驗設備，主要是介紹力平衡（靜力平衡與力矩平衡）的觀念。但是這個儀器很重又貴，而且分組實驗時，有人袖手旁觀、有人搶著做，使實驗成效大打折扣。用光碟作實驗，可以人手一套，大家不用搶；而且可以設計成小比賽，更能刺激學習欲。

光碟平台在設定時，首先須把寶麗龍球卡緊在光碟中央，然後調整光碟片與寶麗龍球的角度，使光碟片不觸碰桌面達成平衡狀態。

一維力矩平衡：可以選用一枚硬幣放在盤緣（距離光碟中心6公分），作為基準。然後用2-4枚相同的硬幣疊放在光碟的另一側，平衡時，比較硬幣數量與距離的關係。二維力矩平衡：基準相同，但是其他的硬幣須分散放置，可以討論力矩的向量加法。

若將光碟置於盆內，光碟可被托在液面上，在光碟上置放數枚硬幣，可用於計算液體表面張力與浮力的神奇互動。

光碟片的平均質量為15.4公克，體積為12立方公分，沈在水底時，浮力也是12公克重，因此浮力是無法支撐光碟片的重量的。但是我們輕易就讓光碟片漂在水上，是什麼魔力在作用呢？

光碟片的周長（含中央的孔）約40公分，而在30-40℃的水溫時，水的表面張力約為70達因／公分，換算光碟在水面上受到的水拉力約有3公克重。看來光碟片能漂在水面上，原來有表面張力在幫忙。

這麼說來，漂在水面上的光碟似乎不夠再承載硬幣的重量囉？每枚一元硬幣約3.8公克重，你猜猜看，可以在光碟上放幾枚硬幣而不會下沈？（猜完再看以下的文章）

答案是十枚！可是水的浮力與表面張力的總合，只能支持光碟本身的重量，怎麼算都不夠支撐光碟與十枚硬幣的重量！原來，光碟漂在水面上比沈在水中所受到的浮力還大！因為光碟加硬幣而漂浮時，陷入水中的深度比光碟本身的厚度大，所以受到的浮力比想像的多。所以，阿基米德原理—物體受到的浮力等於物體排開的液體重量，在小的浮體計算上，應多一些考量。
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<td>[[File:光碟可作力學平台.jpg|thumb|200px|光碟可作力學平台（二維力矩實驗），右方的硬幣距離光碟圓心恰為6公分]]</td>
<td>[[File:漂浮光碟.jpg|thumb|200px|猜猜看，在光碟上可以放多少枚硬幣而不沈呢]]</td>
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===五、科學玩具===
可用一張光碟製成扇子、波浪鼓、多功能陀螺、日月球、風火輪與氣墊船等；或用兩片光碟製成流籠與線軸車等；三張光碟配合多多罐可製成風車；一疊光碟可以用來下棋或打樸克牌！用光碟玩科學，能使學生習於動手做、引起研習科學興趣、及培養細心、耐心等科學素養。
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<td>[[File:光碟波浪鼓.jpg|thumb|200px|光碟扇子加兩顆小珠子，就變成波浪鼓了]]</td>
<td>[[File:簡易光碟陀螺.jpg|thumb|200px|超級簡易光碟陀螺（盤中央為寶麗龍球和竹籤）]]</td>
<td>[[File:日月球遊戲.jpg|thumb|200px|用光碟做日月球遊戲，卻很難將竹筷刺進洞中]]</td>
<td>[[File:拉線陀螺.jpg|thumb|200px|用竹筷、吸管與橡皮圈做軸，變身成拉線陀螺]]</td>
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<td>[[File:風火輪.jpg|thumb|200px|用冰棒棍和橡皮圈綁住光碟片，用繩子拉就成為風火輪了]]</td>
<td>[[File:光碟噴射氣墊船.jpg|thumb|200px|用氣球做的光碟噴射氣墊船，用粗吸管與粘土做軸，中央再插一支可彎吸管作噴嘴，用膠帶粘在光碟上，你也可以變成航海王]]</td>
<td>[[File:光碟DIY.jpg|thumb|200px|]]</td>
<td>[[File:光碟車.jpg|thumb|200px|塑膠牌、橡皮圈與吸管的組合，做成的光碟車超級會跑]]</td>
</tr>
</table>

===答案===
*答案一：測量時，先假設尺不是很標準，所以須用尺的0公分、5公分、10公分處分別作基準，量同一個直徑。測量值之外，還須有估計值，所以光碟片的直徑為12.00公分。
*答案二：先假設光碟中央的孔不是正圓形，所以要用尺測量孔的各個方向，把不同的直徑作平均。結果是1.50公分。
*答案三：先假設每張光碟的厚度不相同，所以應拿10張光碟一起量，可知光碟片的平均厚度為0.12公分。
*答案四：用十張光碟片一起枰的結果是，一張光碟的平均質量約15.4公克。
*答案五：光碟的螺紋間隔（軌距）約0.0001公分。較精確的軌距資料是，CD約1600奈米，DVD約740奈米，藍光片約340奈米。
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<td>[[File:測量光碟片直徑.jpg|thumb|測量光碟片直徑時, 應測量多個方向]]</td>
<td>[[File:測量光碟片厚度.jpg|thumb|測量光碟片厚度時, 應一次測量多片]]</td>
</tr>
</table>
===新增光碟活動===
#光碟哨子—把光碟放在杯上，用吸管吹中間的洞
#光碟彩虹--把光碟斜放在一盆水中，面向太陽;用白色紙盒擋住反射光。