多多玩科學

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圖一:用橡皮圈把七個多多罐綁起來
當凳子,可以承受一個人的體重。
圖二:多多罐排蕭,可以吹出美妙的
曲調

卅年前看過一則電視廣告,一位媽媽推著一輛單車,分送醱酵乳到家家戶戶去;美麗的媽媽搭配感人的音樂,讓許多人開始「養」成快「樂」地喝很「多」罐的習慣。 當時生活簡約,沒有人會亂丟垃圾,於是學校開始示範各種多多罐的勞作—桌子、椅子、玩偶與花器。現代的乳酸飲料品牌眾多,奇怪的是罐子形態居然沒有變,容量也差不多。滿坑滿谷的空多多罐,再也沒有人拿來做家俱,就讓我們用多多罐來做玩具與教具吧!

一、樂器

圖三:旮亙樂團的旮亙,演奏時張力十足。
(科學小原子劇照,中為團長少多宜,右為
主持人道武司)
圖四:排灣族的勇士必須會吹奏鼻笛
,才能贏得美女的青睞。
圖五:在多多罐底鑽孔,並對著洞口
吹氣,可以發出固定的音調;若用另
一手的手掌控制罐口的開閤,可以改
變音調,演奏出好聽的曲子。

多多罐的材質是PS塑膠(聚苯乙烯,Polystyrene,發泡的PS就是寶麗龍)。PS的材質安定、不吸水,但不耐高溫,因此常用於蛋盒與醱酵乳等容器。由於PS易於切割鑽孔,所以多多罐最適合用來做樂器。

  1. 排蕭與旮亙
    • 把七個多多罐用橡皮圈綁成一束,每個多多罐用有洞的寶特瓶蓋蓋住,罐裡裝水,然後用吸管平著吹洞口,就有好聽的音樂產生囉。雖然這種多多罐排蕭不容易吹奏,但是美觀大方,擺在桌上很有氣質,不吹時還可以用來插花,能美化環境!
圖六:用多多笛吹泡泡,可以吹得很大,也可
以搖動多多笛製造很多個泡泡,締造世界紀錄。
圖七:在多多罐的側邊鑽四
個小孔,方便用手指按住,
就形成陶笛了。
    • 在台東有一個阿美族的旮亙樂團,招牌樂器是排蕭與旮亙。樂團的排蕭是由蘆葦桿與箭竹製成,而旮亙則由巨竹製成,七根巨竹綁成一束,用類似夾腳拖(鞋)的彈性板子敲擊管口發聲。我們可以把多多罐排蕭的蓋子取下,剪兩段皮帶來敲罐口,空靈的音樂會很有原住民的感覺喔!
  1. 鼻笛與小鬼湖
圖八:用任何罐子都能做陶笛,不用
再花大錢去買,環保且有成就感。
圖九:用氣球與多多罐做大聲公,在
運動會加油,不用再去買汽笛囉。
    • 在多多罐的底部鑽一個洞,就成為鼻笛了。把罐底貼緊鼻孔,罐身貼住嘴唇,噴氣時可以發出美妙的嗚嗚聲。
    • 鼻笛是台灣南部原住民(排灣、魯凱、卑南和鄒族)的傳統樂器,但是並不容易吹奏;只有頭目、貴族、和擅長打獵的勇士才有閒工夫,所以男生們都努力練習鼻笛證明自己的本事,這樣女孩子才願意嫁給他。
    • 在多多罐底鑽洞時,洞口要像珍珠奶茶用的吸管口徑大,而且洞口必須刮得很光滑,才容易吹出聲響。原來聲音是由振動產生,當我們對瓶底(不是直接對洞口)噴氣時,氣流會橫向吹往洞口,在洞口邊緣使空氣振動發聲,而瓶內氣體共鳴就能發出較大的音量。
    • 如果用鼻子同時對兩個多多罐噴氣,就能發出火車的汽笛聲!原來,我們用其中一隻手握住罐口,延長罐身的空氣柱,則共鳴出ASW的音量較低;另一手僅握住罐身,吹氣時多多罐會發出較高的音調;兩個多多罐同時發出聲音,就像百年前的火車向人們打招呼一樣。
    • 台灣原住民的雙管鼻笛,其中一管沒有按孔,只會發出固定的低音;另一管有三或四個按孔,可以改變音調。說也奇怪,這兩管一起吹奏時,特別感人,尤其在夜深人靜時吹奏「小鬼湖之戀」,當湖面飄揚著鼻笛的哀愁時,「巴嫩公主」一定會現身。
  1. 多多笛與泡泡水
圖十:排灣族的獵人吹奏羌笛。(科
學小原子劇照,右為台東縣初來村村
長)
圖十一:右方的多多罐上有一個大孔
,在孔上貼膠帶,用口含著罐口吹氣,
就會有山羌跑出來喔!左方為口簧笛
    • 在多多罐底鑽孔後,在孔邊用膠帶貼一段吸管,就形成多多笛了。演奏時,對瓶底小孔吹氣,同時移動手掌使罐口開閤,就能產生各種音調囉!
    • 長笛上有許多小孔,按住孔就能使管內的空氣柱變長,共鳴出的音調較低。但是多多笛的笛身較短,共鳴受到三維空間駐波的影響,因此改變開孔的面積,就能改變音調!
    • 用多多笛吹泡泡很好玩,只要在罐口沾一次泡泡水,可以連續吹出27個大泡泡,(竹北國中學生締造的記錄)。而且在持續吹氣使泡泡變大的過程中,瓶內氣壓逐漸變低,音調則同時由低變高;這個實驗提示我們:瓶內的氣壓改變,也是影響音調高低的因素之一。
    • 值得欣賞的是,多多罐和寶特瓶蓋的來源不同,卻能蓋得很密合,甚至用力搖多多罐,瓶蓋都不會掉下來。原來,多多罐和寶特瓶都是直接對著嘴喝的容器,所以它們就能配成對!這個啟示對年青人很有用:天涯何處無芳草,何必單戀一枝花呢?
  1. 陶笛與數位
圖十二:布農族全阿姨示範
弓琴。
圖十三:只要用竹籤,棉線和多多罐,我們也
可以自製一支復古的弓琴喔!
    • 吹奏多多笛能產生各種音調,但是不易控制音準,就像小提琴或胡琴一樣。在多多笛上加蓋並在瓶身鑽四個小孔,運用開閉孔洞來演奏,音準較容易控制,就像吉他或烏克麗麗一般。
    • 小提琴是「類比」的連續音樂器,不論多麼細緻的升降音都能呈現,而且可以表演滑音。吉他是「量子」的不連續音樂器,能精準而快速奏出想要的音調,因此容易學習。現代的資訊記錄與傳播,大多使用數位工具,例如光碟片與數位相機。然而傳統工具仍有它的優點,例如錄音帶的聲音細膩且不易失真,光碟片比不上;使用膠片的傳統相機拍出的相片畫質很高,更是數位相機永遠無法取代的。
    • 在多多笛的罐身上鑽四個同樣大小的孔(約細吸管直徑),用四根手指按壓,共可發出五個音,而且神奇的是:剛好是Do、Re、Mi、Fa、Sol。原來開孔愈多,孔的總面積也愈大;如同用手遮住多多罐口,手掌開閤時會改變罐口的面積,就能控制音調高低。
圖十四:太魯閤族詹秋貴老師示範口
簧琴。
圖十五:在多多罐的下側方切開一個
簧片,用嘴巴罩住簧片周圍並吹氣,
就能發出聲音。
    • 如果使用較大的多多罐,並鑽更多孔,可以吹奏出更多音階。可是人類不像蜈蚣有很多腳能按很多洞,於是老人家就發明了一種方法,只開四個孔,卻能發出十六個音!
    • 用1與0代表孔的開與閤,就是一種「數位」模式;因此運用數位的方法,調整孔的大小,使它們的面積比分別為1:2:4:8,就是陶笛的真面貎了。最小的孔面積為一單位,稍大的孔的面積為二單位;只要同時開這兩個孔,就不需要再鑽一個三單位的孔了。同理,再大一點的孔的面積為四單位,加一單位的小孔得五,加二單位的孔得六,三孔同開就等於七單位囉。
圖十六:泰雅族的口簧琴展示板,在一塊竹片上竟能綁五片銅簧。(翻
攝自烏來國中小)
    • 1、2、4、8的數列,正好是數位元件的20、21、22、23,四個孔的組合就成為十六進位。台灣的阿美族人使用八進位,因為他們是捕魚的高手;捕到的魚要分配給全部落的人,使用八進位就可以輕易分為二份、四份或八份,大家公平!可以說:台灣原住民早就進入數位時代,你同意嗎?
圖十七:用多多罐做的風車,美觀耐
用。
  1. 大聲公
    • 大聲公的聲音很大,用來嚇人或在運動會上加油,效果都很好。
    • 在多多罐底鑽一個洞,把粗的吸管塞進洞裡並伸到罐口處。在罐口套一顆氣球,然後在罐身鑽一個小洞,在小洞內塞一支細吸管就完成了。
圖十八:用多多罐做一支轉經輪,筒
內放英文單字,轉一百遍就會背了。
    • 確保所有的吸管都塞緊在罐上,如果發現漏氣就用粘土封住接縫處。在細吸管處用力吹氣,會發出很大的聲音喔!
    • 發聲的原理是:當我們吹氣時,罐內的氣壓增加,然後氣體會從容器最弱的地方—氣球與粗吸管的接觸區洩漏出去。但是,洩氣時會什麼會持續發出很大的聲音呢?原來在洩氣時,氣球與粗吸管的接觸區形成氣流;依據伯努利方程式的描述—氣流快的地方氣壓低,外界氣體就會壓迫氣球與吸管密合。持續地吹氣時,罐內氣壓又增強,再度造成氣流,然後外界氣壓又迫使氣球貼合吸管。同樣的過程在一秒內快速發生許多次,形成振動而發聲。動物在放有聲屁時,和這個道理完全相同!
圖十九:用多多罐做的陀螺,阿里山的小朋友
最會玩。
圖廿:用膠環卡住地牛陀螺
,並用棉線來拉,很容易成
功。
    • 傳統的童玩與樂器—蘆笛、葉笛、口琴與嗩吶都有簧片,發聲的機制與大聲公差不多,都是由於氣流造成簧片振動。簧片的形制不一,但是都能發出由低到高的各種音調;只要改變簧片的彈力與共鳴腔的大小,就能演奏出曲調了。
圖廿一:鄒族打陀螺的方法很特別,要用棍子把陀螺甩進竹盤內。(世界
電視台TV課輔班劇照 )
  1. 羌笛與膜笛
    • 台灣南部的原住民有一種羌笛,是打獵的好幫手,由一根竹管縱剖而成,保留一環竹節不切斷;也是運用氣流的斷續使竹管振動發聲。獵人吹羌笛的時候,山羌會跑出來找朋友,然後被箭射中,就成為獵人的下酒菜囉。
    • 多多罐自製一支羌笛吧。在多多罐側邊用剪刀剪開一個小孔,例如2*0.5cm的長方孔,然後用透明膠帶把孔貼住;出力對多多罐口吹氣,就可以發出嗶嗶的尖叫聲了。這種羌笛會把山羌嚇跑,無法打獵;不過讓女生用來防狼也不錯。
    • 旮亙樂團少多宜團長示範過一種獨特的樂器—膜笛,是將細竹管側面削皮,保留竹膜。吹的時候讓喉部的聲帶振動,發出的聲音像是變聲器。用多多來製作膜笛的方法和製作羌笛相同,只是膠帶要貼鬆一點;用它當變聲器向喜歡的人說悄悄話,保證別人聽不出你們的小秘密。
圖廿二:找不到傳統的木製線軸,用多多製作線軸車也很棒。
  1. 弓琴
    • 台灣南部原住民有一種特別的弓琴,曾有博物館在一張百年老照片下方註明弓琴已失傳。但是我們在田野調查時,發現布農、排灣和卑南族的耆老還會製作與演奏弓琴。弓琴的外表像弓,但是只有手臂長;吹奏的方式是把弓的一端貼緊唇邊,撥弦時用口腔共鳴。
圖廿三:用多多罐創作一列火車,比比看誰載得多,跑得遠,又不會解
體。
    • 有一位卑南族的老人家說,年青時追女孩子的經驗是,在黃昏時帶著弓琴到女方屋外,用弓琴的一端抵住女孩子的木窗演奏。女方家長若同意他們交往,就會讓女孩子端著一盤檳榔到屋外和男生坐著聊天,而家長則躲在屋內偷聽他們的談話。這種談情說愛的方法真的安全又有效,因為後來這位女孩子就嫁給這位耆老了。
    • 用多多罐做一支弓琴來玩玩。首先找兩支長竹籤,用橡皮圈或細線把竹籤兩端綁緊;然後用一條棉線綁住竹籤兩端,成為弓弦;接著把一個多多罐卡在竹籤的一端,並用棉線把多多罐綁緊在竹籤上,就大功告成了。
    • 撥動弓弦,可以聽到咚咚的聲音;如果用手把弦壓在竹籤上,還可以改變音調。用類似原住民操作弓琴的方法,是把竹籤的一端抵住身體,在撥弦的同時把竹籤彎曲,就可以演奏音樂了。多多罐在自製弓琴的角色,相當於我們的口腔,可以讓罐內的空氣共鳴,使音量加大。如果只想表演給心愛的人聽,就把多多罐取下,別人就聽不見我們的悄悄話囉!
  1. 口簧琴
圖廿四:用多多罐製作一艘水鴨船,
能航行還能載很多乘客,但是要怎樣
避免翻船呢?
    • 台灣原住民大都能吹奏口簧琴。口簧琴的形制,是在一塊竹片上切開一個長方形的口,在切口上綁一片銅簧而成。吹奏時要把竹片的一端貼住嘴角,用手撥銅簧或用繩拉的方式使銅簧振動而發聲。
圖廿五:把多多罐橫切成上下兩半,用粘土把它們結合起來,就成為不倒
翁了.把不倒翁放在桌上,看著它天天都開心。
    • 我們也可以利用多多罐仿製一具口簧琴。首先用刀片在多多罐的側邊切一個孔,但是孔口的簧片不要切斷。吹奏時用嘴巴罩住多多罐上的簧片,並輕輕吹氣,這時就能聽到響亮的聲音了。
    • 真正的口簧琴也是表達情意的工具,像弓琴一樣音量很小,但是能利用口腔的開閤來改變音調。多多口簧琴聲音很大,但是不易改變音調,除非能找到有彈性的多多罐。

二、童玩

  1. 水勺與風車
    • 把多多罐橫切一半,用冰棒棍穿過多多罐的下半部,就變成一支傳統水勺了。小小孩扮家家酒一定很喜歡玩這支勺子,可舀水或砂,堅固耐用又環保。
    • 在一個多多罐的側邊鑽六個洞,把三支水勺的柄穿過洞卡住。接著在多多罐的開口處加一個寶特瓶蓋,並在蓋中央與多多罐的底部鑽孔,然後用一支竹籤穿過多多罐與寶特瓶蓋,就成為一具風車了。
    • 風車是一種力平衡的玩具。雖然每個勺子受力不平均而會後退,但是整體受力是平衡的,所以風車不會移動。還有,每個勺子的凹處受風壓較大(空氣在勺子內會壓縮),平的一端受風壓較小(空氣會從勺子表面滑開),所以風車兩側的勺子才不會僵在那裡不動。
    • 把風車插在花盆裡,變成一架風速計。用電扇吹,比比看誰的風車轉得最快。也可以把風車綁在單車的把手上,騎車時看著風車轉,心情更快活。
  2. 轉經輪
    • 把一個寶特瓶蓋蓋在多多罐上,然後在蓋子中央及多多罐底分別鑽孔。用一根竹籤穿過多多罐及蓋子,手拿竹籤搖搖看,發現多多罐很難轉動。
    • 原來,必須有「力矩」才能使物體轉動。當竹籤貫穿多多罐中央時,竹籤與多多罐之間的摩擦力太靠近多多罐的重心,力臂很小,所以即使用力也不易使它轉動。這時,用一塊粘土粘在多多罐的腰部,再搖動竹籤,多多罐就能轉起來了。原來,粘土加上多多罐合體的重心被移開了,所以這種裝置稱為偏心軸,常用在使物體跳動的機械中。
    • 如果用兩條橡皮圈串聯後,其中一條套在多多罐的腰身,另一條橡皮圈上綁一塊粘土,然後搖竹籤,多多罐會更輕鬆的轉起來。原來多多罐和粘土合體的重心更偏離軸心,因此竹籤的摩擦力就能產生足夠大的力矩,使多多罐轉動。類似的實用裝置是藏傳佛教的「轉經輪」,喇嘛們在轉經輪中塞一張寫滿佛經的紙,轉一圈等於唸一遍,所以邊走路邊轉,省力又方便。
  3. 陀螺
    • 把一個寶特瓶蓋蓋在多多罐上,然後在蓋子中央及多多罐底分別鑽孔。用一根竹筷穿過蓋子與多多罐的孔並卡緊,就成為一個陀螺了。用雙手手掌夾住竹筷轉動陀螺,看看誰的陀螺轉得最久。
    • 台灣原住民和漢人有許多種類的陀螺。泰雅族的陀螺兩頭尖尖像顆橄欖、鄒族的陀螺有個細的腰身、排灣和魯凱族的陀螺以石板為主、阿美族用檳榔做陀螺,其他族的陀螺像圓錐。
    • 打陀螺的方式也有很多種。泰雅族會用繩子綁在陀螺的一端,拋向五公尺外的竹盤內;鄒族也是擲到盤中,但是會先把繩子綁在一根長棍上再擲出陀螺;排灣族則把一條繩子對折後綁在陀螺上,手拉繩子兩端在原地釋放陀螺;魯凱和阿美族用兩手手掌來搓;布農族則用鞭子一直抽打。漢族能用繩子拋陀螺到一個架高的小平台上,也可使用一個有洞的棍子來幫助拉陀螺,非常容易操作。
    • 打陀螺的意義,在各族群中也有不同。泰雅族用來訓練男孩子的打獵能力、鄒族則用來占卜、阿美族用陀螺來勉勵男孩向上。其實各族群都認為:能夠自己找木頭彫刻與競賽,這種孩子一定不會變壞,所以都會微笑著欣賞打陀螺的男孩們。
    • 用多多罐做的陀螺環保又易製,同時能展現各族陀螺的特色。操作時,首先比較用手指與手掌搓動竹筷,會發現用手掌搓時,陀螺能轉得較久;原因是手掌對陀螺作功較多(能出較大的力,且施力的時間較長)。如果用繩子來打陀螺,不但能作功更多,還可以擲往遠處的盤中;原來在拋出陀螺後,繩子拉住陀螺使它轉動加快,同時使陀螺移動的速率減慢,就能定點駐停囉!
    • 如果覺得多多陀螺很快就停止轉動,是因為它太輕了。把20條橡皮圈綁在多多罐的腰身,增加陀螺的轉動慣量(質量增加,且質量分配在離軸較遠的地方),陀螺就能轉得更久了。
    • 現代的孩子很少自製陀螺,更不會用繩子打陀螺。所以準備一個塑膠環(也可用瓶蓋鑽洞代替),把棉線穿過環再綁在竹筷上;一手扶住陀螺,另一手拉棉線,就可以輕鬆使陀螺旋轉了。這種陀螺稱為地牛,如果在多多罐上再挖一個一平方公分的大洞,當陀螺快速轉動時會嗚嗚叫,這種陀螺就稱為天聲。市面上的天聲是用竹子或塑膠製造的,現代人砍竹子不方便,塑膠又不環保,玩壞了也無法修理,還是自己用回收的多多罐做幾個多多陀螺,送禮自用兩相宜。

三、交通工具

  1. 線軸車
    • 卅年前,母親都會用裁縫車修補衣服;那時有許多木製的縫衣線軸,小朋友都用它來做線軸車。現代的衣服都是成衣廠大量製造的,破了就丟,沒人補了,所以也找不到木製線軸。讓我們利用多多罐來製作多多線軸車吧!
    • 把一個寶特瓶蓋蓋在多多罐上,然後在蓋子中央及多多罐底分別鑽孔。用一條橡皮圈穿過蓋子與多多罐,在多多罐底的這一端,用一支牙籤固定橡皮圈;在瓶蓋的一端,用一根硬的長吸管固定橡皮圈,就完成線軸車的基本款了。
    • 操作時,一手抓住多多罐,另一手把吸管繞著多多罐轉卅圈,把多多罐放在地面,它就會往前奔馳。原來,在我們轉動吸管時,就是對橡皮圈作功,也就是把能量以彈力位能的形態貯存起來。把多多罐放在地面時,位能再釋放變成動能,所以多多罐才會滾動。
    • 另一種解釋方法是:我們轉動吸管時,使橡皮圈發生形狀改變;當我們的手離開時,橡皮圈的彈力想使它恢復原狀。如果把多多罐拋向空中,吸管和多多罐會反向轉動(角動量守恆定律)。但是把多多罐放在地面時,吸管被地面擋住不能轉,就只能讓多多線軸車前進囉!
    • 這個實驗有很多變化,例如在多多罐的腰身綁橡皮圈來增加轉動慣量,會使多多線軸車行走得更為穩重;又如果在多多罐的罐身綁橡皮圈,則能增加罐子與地面的摩擦係數,使多多罐較不易打滑。還有,如果把吸管延長,例如用另一支吸管插在原來的吸管中,則多多罐較不易轉彎;因為較長的吸管對地面的壓力較小,使多多罐的頭尾兩端等速轉動,對於跑直線的比賽更有幫助!
  1. 火車
    • 見過火柴盒小汽車嗎?到百貨公司買一定很貴,不如自己用火柴盒做一個。然而,用多多罐做火車更炫,因為火車有很多節車廂!
    • 首先用寶特瓶蓋蓋住多多罐,並在蓋上與多多罐底鑽孔,然後把多多罐的側邊下方切掉一半,方便載運貨物。
    • 在每個多多罐的腰身,用橡皮圈綁一支硬質吸管作軸;然後用竹籤穿過吸管,竹籤兩端分別刺穿一個寶特瓶蓋(或乒乓球)做為輪子,最後用棉線把所有多多罐連起來,就成為好看又好玩的多多列車囉。
    • 把一塊木板或塑膠板斜放在地上,然後把多多列車放在板面上。當列車從板面滑下後,比賽誰的列車能走最遠且不解體。在列車上裝載貨物,較重的車能滑得較遠,而且車頭加重較不易解體喔!
  2. 水鴨船
    • 多多罐不只在陸上發威,在水中更神氣,來製作一艘水鴨船吧。首先用寶特瓶蓋蓋住多多罐,然後在蓋子與多多罐底鑽孔。在多多罐的側邊另鑽兩個洞,插一支竹籤,然後在竹籤兩端各刺一截粗吸管做漿。在竹籤的中央綁一條橡皮圈,再把橡皮圈拉長鑽過瓶蓋的小洞,並用一支牙籤固定橡皮圈,就大功告成了。
    • 一手握住多多罐,另一手把水鴨船的漿旋轉卅下,然後把水鴨船放在水盆中,它就會打水前進,是牛頓第三運動定律(作用力與反作用力定律)的最佳展現。事實上,這時的水鴨船會翻船,因為頭太輕。原理就像線軸車一樣,橡皮圈的恢復力會使多多罐與漿反向旋轉(角動量守恆定律)。如果我們用粘土把水鴨船的頭加重,因重心靠近頭部,所以水鴨船就不易翻了。
    • 這個實驗還有一些變化,例如把漿做大或做長,也可用長竹籤使漿的間隔加大,都會產生有趣的變化,你可以試試看,做出一艘無敵強力霹靂多多水鴨船!



我常在多多罐的課程結束時,問大家多多罐的容積為多少?答對的人很多!它的容積是100mL,十罐多多恰好一公升,用來量汽油剛剛好!所以對於身邊的物品多多了解,將來就有多多的用處囉!