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地板下的原子 : 從廚房到客廳, 從洗衣服、揉麵糰到書架上的灰塵, 日常生活裡的71個物理不思議

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我們生活在物理定律裡。物理指引我們的人生,物理提高我們的生活品質。物理到底妙在哪裡?
為什麼你不能把書架上的灰塵全都吹掉?學一下流體動力學就會知道!地板總是嘎吱作響?材料科學說會叫的地板才健康!電磁理論很難嗎?吃顆糖果就能知道光是怎麼來的!從房屋到爬樓梯、從自行車到人體結構、從塑膠和玻璃到光和電、從美食到節能……不必上太空,坐在沙發上就能學物理!
◎你家就是最好的物理教室!
每一天,我們的家裡都有著各種奇特又令人困惑、時而讓人抓狂的事物。堅定可靠的科學讓我們的家在強風中屹立不搖,在夜晚燈火通明,在乾冷的冬天早晨擁有滿室溫暖。
正是我們腳下的原子讓建築物不會倒,要把東西黏起來得靠原子,讓你的家明亮無比的也是原子。原子是生命的樂高積木,只要一把原子就能製造出任何東西。但我們怎麼知道原子確實存在?那些原子在我們家裡施展了哪些魔法?
懶人浪費的能量比燈泡還多?能量守恆定律告訴我們為什麼!想三兩下端出美食?料理的科學就是熱力學!常保健康是流體動力學,泡澡沐浴是水的科學!如廁時捲動幾圈滾筒衛生紙,就可以了解槓桿原理是什麼道理!鬆垮的內衣跟抗皺乳霜有什麼關聯?彈性就是王道!
原子讓建築物免於倒塌的四種方法是什麼?為什麼鹹魚和薯條不會讓刀叉內的鐵原子生鏽?為什麼數位盜版總是最後的贏家?維多利亞時代的人為什麼差點在1880年發明了手機?為什麼從梯子上摔下來,跟被鱷魚咬一樣糟糕?破爛牛仔褲、亮晶晶的皮鞋、烹飪做麵包、打鼾、洗衣乾衣……全都是科學!
生動趣味,簡潔易讀,搭配精繪插圖,帶領我們體驗家居科學之旅,一一探索隱藏於日常生活中的運動定律、能量守恆、光學、電學、熱力學,以及其他不可思議的物理現象,解釋明晰透徹,富含事實和數據。
沒有讓人頭暈目眩的深奧道理,沒有算式使你無聊昏沉。你家就是最好的物理教室!
◎對本書的讚譽
「本書為如此顯而易見的問題提供你從未想過的優雅解答……對現代世界基礎科學知識感到好奇的人都將深受吸引。」――《華爾街日報》
「作者迷人的敘述風格讓甚至最複雜的科學現象變得簡單易懂,從自高中之後就未接觸科學的人到科學家,任何人都能從本書獲得新知並樂在其中。」――《圖書館學期刊》
◎藏在家裡的驚人科學
‧一棟房子有多重,以及為什麼它不會下陷進地裡?‧為什麼你的腳踝幾乎跟一棟建築物的地基一樣辛苦?‧高樓如何保持豎立,又因何倒塌?‧為什麼聳入雲霄的摩天大樓需要像果凍般晃動?‧為什麼你也許不應該在爬完帝國大廈後,馬上吃一塊巧克力豆餅乾?‧一道閃電可以讓你得到多少電?‧如果你能靠倉鼠跑滾輪來發電,那麼泡一杯咖啡需要多久?‧為什麼從梯子上摔下來,跟被鱷魚咬一樣糟糕?‧如何用你的大拇指和腳趾來解釋輪子的奧祕?‧你是否能用一把電鑽燒掉你的房子?‧廚房刀具與高爾夫球場的共通點是什麼?‧你需要多長的槓桿才能舉起地球?‧自行車如何像吊橋一樣運作?‧為什麼騎自行車就像揉麵包?‧為什麼自行車手要刮腿毛?‧敏捷的自行車手可以向跳躍的鮭魚學習什麼?‧為什麼我們環保的世界仍然愛用骯髒的老式石油?‧一茶匙的燃料可以開車多遠?‧為什麼一輛汽車所用的空氣是一輛自行車的250倍?‧相當於一隻短吻鱷的力量如何防止你在轉彎時打滑?‧電如何暗中幫助一些黏膠?‧為什麼便利貼可以一貼再貼?‧科學如何避免你在冰上打滑?‧為什麼地板真的要注意「溼滑,小心跌倒」?‧如何在你的客廳分裂一個原子?‧需要多少個原子才能點亮一顆燈泡?‧為什麼鹹魚和薯條不會讓刀叉內的鐵原子生鏽?‧為什麼你可以看透厚玻璃(卻看不透薄金屬)?‧玻璃窗如何只用太陽和雨來讓自己保持清潔?‧為什麼玻璃比我們想像的重那麼多?‧如何用玻璃和塑膠合成的夾心結構來擋子彈?‧鬆垮的內衣跟抗皺乳霜有什麼關聯?‧為什麼有時候玻璃彈在地板上不會破?‧為什麼光亮的皮鞋比較耐久?‧材料科學如何幫助你更輕鬆地分享巧克力?‧為什麼可以用一粒沙來造光,用蘇格蘭人的鬍鬚卻不行?‧是什麼讓蠟燭比火山更危險?又需要多少隻螢火蟲才能取代燭火?‧一支手電筒每秒鐘會送出多少光粒子?‧為什麼你可以在光亮的皮鞋上看見自己的臉?‧為什麼無線電柱必須高聳入天,而手機卻可以收進你的口袋?‧一隻「蟲」如何協助發明現代化全球通訊系統?‧為什麼你不能用智慧型手機煮印度雞肉咖哩?‧維多利亞時代的人為什麼差點在1880年發明了手機?‧你如何用一片指甲容納一整個書櫃?‧為什麼你可能要花1小時才能漫步過一片CD?‧為什麼買CD總是比下載MP3好?‧數位盜版為何總是最後的贏家?‧如何僅用一根蠟燭溫暖你的家?‧為什麼讓房屋降溫不像加溫那麼容易?‧如何製造即凍冰淇淋?‧一棟普通的房子深冬時可以留住多少熱能?‧你需要啃掉多少起司才能打完一場高爾夫?‧你真的能「吃顆蛋就上班」嗎?‧為什麼懶人浪費的能量比燈泡還多?‧為什麼你加進汽車的燃料比塞進肚子裡的食物便宜得多?‧攪拌你的茶的方式是否有對錯之分?‧為什麼你永遠無法吹掉書架上所有的灰塵?‧為什麼你不應該把冰冷的卡士達戳進水槽下水管?‧運河駁船如何幫助我們了解打鼾?‧汩汩作響的水管與鋼筆的共通點是什麼?‧為什麼廁所是做三明治的好地方?‧為什麼水仍然是要溫暖住家最棒的東西?‧科學如何幫助你在沖澡時省錢?‧科學如何不費吹灰之力洗衣乾衣?‧為什麼陽光會讓衣服看起來更亮?‧為什麼即使深冬時也能在戶外輕鬆晾乾衣物?‧微原纖維的布料為什麼就算不用肥皂也能清潔乾淨?‧為什麼冬天時綿羊不會發抖?‧如何用起重機滑輪來解釋你牛仔褲上的破損?‧婚紗禮服與腳踏車的共通點是什麼?‧為什麼「及時一針省九針」(在科學上)是真的?

我們生活在物理定律裡。物理指引我們的人生,物理提高我們的生活品質。物理到底妙在哪裡?
為什麼你不能把書架上的灰塵全都吹掉?學一下流體動力學就會知道!地板總是嘎吱作響?材料科學說會叫的地板才健康!電磁理論很難嗎?吃顆糖果就能知道光是怎麼來的!從房屋到爬樓梯、從自行車到人體結構、從塑膠和玻璃到光和電、從美食到節能……不必上太空,坐在沙發上就能學物理!
◎你家就是最好的物理教室!
每一天,我們的家裡都有著各種奇特又令人困惑、時而讓人抓狂的事物。堅定可靠的科學讓我們的家在強風中屹立不搖,在夜晚燈火通明,在乾冷的冬天早晨擁有滿室溫暖。
正是我們腳下的原子讓建築物不會倒,要把東西黏起來得靠原子,讓你的家明亮無比的也是原子。原子是生命的樂高積木,只要一把原子就能製造出任何東西。但我們怎麼知道原子確實存在?那些原子在我們家裡施展了哪些魔法?
懶人浪費的能量比燈泡還多?能量守恆定律告訴我們為什麼!想三兩下端出美食?料理的科學就是熱力學!常保健康是流體動力學,泡澡沐浴是水的科學!如廁時捲動幾圈滾筒衛生紙,就可以了解槓桿原理是什麼道理!鬆垮的內衣跟抗皺乳霜有什麼關聯?彈性就是王道!
原子讓建築物免於倒塌的四種方法是什麼?為什麼鹹魚和薯條不會讓刀叉內的鐵原子生鏽?為什麼數位盜版總是最後的贏家?維多利亞時代的人為什麼差點在1880年發明了手機?為什麼從梯子上摔下來,跟被鱷魚咬一樣糟糕?破爛牛仔褲、亮晶晶的皮鞋、烹飪做麵包、打鼾、洗衣乾衣……全都是科學!
生動趣味,簡潔易讀,搭配精繪插圖,帶領我們體驗家居科學之旅,一一探索隱藏於日常生活中的運動定律、能量守恆、光學、電學、熱力學,以及其他不可思議的物理現象,解釋明晰透徹,富含事實和數據。
沒有讓人頭暈目眩的深奧道理,沒有算式使你無聊昏沉。你家就是最好的物理教室!
◎對本書的讚譽
「本書為如此顯而易見的問題提供你從未想過的優雅解答……對現代世界基礎科學知識感到好奇的人都將深受吸引。」――《華爾街日報》
「作者迷人的敘述風格讓甚至最複雜的科學現象變得簡單易懂,從自高中之後就未接觸科學的人到科學家,任何人都能從本書獲得新知並樂在其中。」――《圖書館學期刊》
◎藏在家裡的驚人科學
‧一棟房子有多重,以及為什麼它不會下陷進地裡?‧為什麼你的腳踝幾乎跟一棟建築物的地基一樣辛苦?‧高樓如何保持豎立,又因何倒塌?‧為什麼聳入雲霄的摩天大樓需要像果凍般晃動?‧為什麼你也許不應該在爬完帝國大廈後,馬上吃一塊巧克力豆餅乾?‧一道閃電可以讓你得到多少電?‧如果你能靠倉鼠跑滾輪來發電,那麼泡一杯咖啡需要多久?‧為什麼從梯子上摔下來,跟被鱷魚咬一樣糟糕?‧如何用你的大拇指和腳趾來解釋輪子的奧祕?‧你是否能用一把電鑽燒掉你的房子?‧廚房刀具與高爾夫球場的共通點是什麼?‧你需要多長的槓桿才能舉起地球?‧自行車如何像吊橋一樣運作?‧為什麼騎自行車就像揉麵包?‧為什麼自行車手要刮腿毛?‧敏捷的自行車手可以向跳躍的鮭魚學習什麼?‧為什麼我們環保的世界仍然愛用骯髒的老式石油?‧一茶匙的燃料可以開車多遠?‧為什麼一輛汽車所用的空氣是一輛自行車的250倍?‧相當於一隻短吻鱷的力量如何防止你在轉彎時打滑?‧電如何暗中幫助一些黏膠?‧為什麼便利貼可以一貼再貼?‧科學如何避免你在冰上打滑?‧為什麼地板真的要注意「溼滑,小心跌倒」?‧如何在你的客廳分裂一個原子?‧需要多少個原子才能點亮一顆燈泡?‧為什麼鹹魚和薯條不會讓刀叉內的鐵原子生鏽?‧為什麼你可以看透厚玻璃(卻看不透薄金屬)?‧玻璃窗如何只用太陽和雨來讓自己保持清潔?‧為什麼玻璃比我們想像的重那麼多?‧如何用玻璃和塑膠合成的夾心結構來擋子彈?‧鬆垮的內衣跟抗皺乳霜有什麼關聯?‧為什麼有時候玻璃彈在地板上不會破?‧為什麼光亮的皮鞋比較耐久?‧材料科學如何幫助你更輕鬆地分享巧克力?‧為什麼可以用一粒沙來造光,用蘇格蘭人的鬍鬚卻不行?‧是什麼讓蠟燭比火山更危險?又需要多少隻螢火蟲才能取代燭火?‧一支手電筒每秒鐘會送出多少光粒子?‧為什麼你可以在光亮的皮鞋上看見自己的臉?‧為什麼無線電柱必須高聳入天,而手機卻可以收進你的口袋?‧一隻「蟲」如何協助發明現代化全球通訊系統?‧為什麼你不能用智慧型手機煮印度雞肉咖哩?‧維多利亞時代的人為什麼差點在1880年發明了手機?‧你如何用一片指甲容納一整個書櫃?‧為什麼你可能要花1小時才能漫步過一片CD?‧為什麼買CD總是比下載MP3好?‧數位盜版為何總是最後的贏家?‧如何僅用一根蠟燭溫暖你的家?‧為什麼讓房屋降溫不像加溫那麼容易?‧如何製造即凍冰淇淋?‧一棟普通的房子深冬時可以留住多少熱能?‧你需要啃掉多少起司才能打完一場高爾夫?‧你真的能「吃顆蛋就上班」嗎?‧為什麼懶人浪費的能量比燈泡還多?‧為什麼你加進汽車的燃料比塞進肚子裡的食物便宜得多?‧攪拌你的茶的方式是否有對錯之分?‧為什麼你永遠無法吹掉書架上所有的灰塵?‧為什麼你不應該把冰冷的卡士達戳進水槽下水管?‧運河駁船如何幫助我們了解打鼾?‧汩汩作響的水管與鋼筆的共通點是什麼?‧為什麼廁所是做三明治的好地方?‧為什麼水仍然是要溫暖住家最棒的東西?‧科學如何幫助你在沖澡時省錢?‧科學如何不費吹灰之力洗衣乾衣?‧為什麼陽光會讓衣服看起來更亮?‧為什麼即使深冬時也能在戶外輕鬆晾乾衣物?‧微原纖維的布料為什麼就算不用肥皂也能清潔乾淨?‧為什麼冬天時綿羊不會發抖?‧如何用起重機滑輪來解釋你牛仔褲上的破損?‧婚紗禮服與腳踏車的共通點是什麼?‧為什麼「及時一針省九針」(在科學上)是真的?
作者簡介克里斯‧伍福劍橋大學自然科學碩士。十三歲時,在全國性雜誌上發表了第一篇文章,從此展開科學與科技領域的寫作生涯。暢銷著作包括《酷發明》系列(Cool Stuff),並主持教育網站「千萬個為什麼」(Explain that Stuff),每個月為五十萬名讀者揭露日常科學的奧祕。現居英國多塞特郡(Dorset),與羊群和大海朝夕相處。
譯者簡介蘇楓雅墨爾本大學文學學士,曾旅居日本三年,曾任天下文化編輯、大小創意的智識編輯、群傳媒電子書商品部資深經理。譯有《死人的生活》、《半農半X的生活》、《碎碎念就能學好英文》、《環繞世界的小鴨艦隊》、《Frank Gehry談藝術設計X建築人生》等書。熱愛文字與旅行,崇尚天然生活,期許用有情文字傳遞藝文哲與大地的無盡藏。現居澳洲。
前言第1章 穩固的基礎像房子一樣安全?建築物承受多大的負荷?:腳上的重力╱建築物有何不同呢?為什麼建築物不會下陷進地裡?:定律萬歲!力從哪裡來?:原子如何還擊?╱你腳下的原子拉垮房屋:脆弱的跡象╱吹毀日常生活中的力又有何不同?為什麼摩天大樓不會被吹倒?:大腳丫╱風城的祕密╱減弱振幅第2章 樓上樓下估量優劣能量到底是什麼?:焦耳先生的焦耳╱要花多少能量?什麼是功率?:消耗(或產生)多少功率?╱比較功率能量的成本能量從哪裡來,又往何處去?為什麼會痛?:撞車╱熱水壺造成的燙傷╱從梯子上摔下來樓上樓下——在你自己家裡簡要說明球形乳牛第3章 超級英雄人體機械憑什麼相信槓桿?輪子為什麼捲筒紙可連續抽?輪子如何減少摩擦力?斜坡板:螺絲釘也是斜坡板你能否用一把電鑽燒掉你的房子?:到底會變多熱?╱值得擔心嗎?真正的工具如何發揮作用?:獨輪推車╱斧頭╱鐵鎚╱針筒科學與運動工具:團隊科學第4章 自行車之美自行車是輪子:空頭支票╱自行車或橋?自行車是槓桿:追求速度感自行車是齒輪:齒輪如何發揮作用?看,沒有耍詐!為什麼騎自行車這麼累?:摩擦力╱曳力╱滾動阻力能源危機?:抵抗摩擦力╱一路順暢╱像魚一樣思考第5章 瘋汽車汽車棒在哪裡?深呼吸汽車糟在哪裡?比汽油更讚?我們的電動未來?:能量回收完美的汽車會是什麼樣子?打滑或抓地?:武裝完備第6章 黏手黏腳為什麼一樣東西會黏在另一樣東西上?:內聚和附著永久黏附:有電!自我提醒:發明更好的黏膠暫時黏附:摩擦力如何發揮作用?╱壁虎膠滑移:冰冰寶貝第7章 內幕生命的樂高積木:再會「繃得」先生我們如何知道原子存在?:分裂原子燃料供應了什麼?充滿能量的原料:需要多少原子才能點亮一顆燈泡?是什麼讓不同物質如此不同?:絕妙的金屬╱合金同盟╱完美塑膠第8章 玻璃不思議煮沸的沙灘:陷入中間狀態為什麼玻璃窗會碎裂?:冷熱不定為什麼玻璃那麼重?為什麼你可以看穿玻璃窗?更好的玻璃:留住熱氣╱清潔溜溜似見非見:瞧,不用窗簾黑白分明的案例:誰發明了光致變色玻璃?第9章 鬆弛的沙發,嘎吱作響的木地板下垂塑膠或彈性體?超過極限突然斷裂嘎吱作響靠岸磨損與褪色:失色生鏽與腐爛自我修復的塑膠第10章 光之喜悅何為光?你看不見的光所有的光都帶電為什麼我們看不到光?是什麼讓你家光亮無比?:陽光╱燭光╱燈絲光╱螢光╱LED光╱螢光蟲和螢火蟲亮晶晶皮鞋的科學第11章 無線電卡卡光總是對的維多利亞時代的手機無線電時代無線電到底是怎麼運作的?:打造你自己的廣播電台╱無關遠近太空中的鏡子為什麼要用無線電波?神速,光速第12章 憑數字而活 數位差異機械法則類比時代數位科技如何發揮作用?:數位相機╱MP3播放器╱不必在乎品質?數字有何迷人之處?數位困境:成群山寨者╱品質如何呢?╱脆弱的恆久性第13章 冷熱無常牢不可破的定律內部的熱生活在定律裡寒冬的住家可以保留住多少熱能?獲得溫暖變得涼爽降溫vs.加溫進入地底誤導熱:留住你的熱為什麼電腦忽冷忽熱?第14章 食物里程食物vs.燃料計算卡路里:加滿能量肥或瘦?太多烹飪?料理的科學:烤箱烹調╱爐具烹調╱微波爐╱紅外線烤爐與鹵素爐╱電磁爐尋找能量藥丸?第15章 流來動去的東西如何不讓你家灰塵滿布?隨波逐流:平滑流╱紊亂流居家應用紊流為何不要攪拌你的茶?卡士達大混亂融合跟著水流走打鼾的科學流體大重要第16章 水,水為什麼我們喜歡水?熱水:為什麼是水?╱水留住熱水的運動:用水寫字╱馬桶小妙招泡澡還是淋浴?:節能皮包骨第17章 汙點遊戲什麼是髒,以及髒為什麼是個問題?用肥皂和清潔劑去汙為什麼衣服洗一洗就變乾淨?汙垢大作戰乾衣的科學:溼答答的清洗衣物裡有多少水?╱作用力乾衣╱蒸發乾衣更乾淨的未來?瓶子裡裝了什麼?第18章 人要衣裝保暖:為什麼綿羊不會發抖?神奇的羊毛保持乾爽穿得好穿得巧:及時一針省九針我的天啊――破爛牛仔褲的科學鞋子的科學注釋與參考資料延伸閱讀致謝
◎料理的科學
撇開烘培麵包之類所涉及的神奇複雜生物化學轉換(biochemical transformation)不談,即使是烹飪的物理面向也夠引人入勝了。烹飪的本質是熱力學:盡可能以最快、最有效率的方式,把熱從炊具轉移到食物上。不同的烹調方法,都是以略有不同的方式來達成這項目的。
●烤箱烹調從史前時代用營火串烤一隻豬,到用熱風爐草草弄好週日家庭午餐,數百萬年來,基本的烹調方式少有改變。烤箱烹調結合了所有三種熱傳形式:傳導、對流、輻射。如果你的烤箱有電熱管,對流會讓熱氣溫暖上升,而傳導把熱從熱空氣傳到你的食物裡。有些熱直接從紅燙的電熱管,輻射到食物上(如果它們在烤箱裡沒有外包裝);有些熱則從烤盤和烤架上透過傳導來傳播。熱風爐藉由加快空氣流動,加速對流過程,更快完成烹調。
●爐具烹調用鍋子煮湯也是一種對流。鍋子本身經由傳導而受熱。它一開始也是透過傳導,將它的熱傳到鍋裡的湯,接著那個熱使濃稠的液體加溫,於是它膨脹,密度變小。這樣一來,湯往上浮,啟動對流的輸送帶――高溫的湯上升、低溫的湯下降,最後整鍋湯變熱。如果你不攪動湯,會出現兩種情況。靠近鍋底的一些湯,會因為傳導而黏鍋燒焦。它也會形成一個隔熱層,阻隔爐火、鍋底與上面低溫的湯,有效減少對流或完全停止。這說明了為什麼同一鍋湯,底部的湯燒焦,上方卻仍然是沒熟的冷湯。更有趣的是,如果你觀察燉鍋的對流作用,有時會看到幾個個別的地方在冒泡,那裡的湯(或你在煮的不管什麼東西)正上升又下降。每一個冒泡的地方都是微小的垂直輸送帶,在那些輸送帶上,高溫的湯上升、低溫的湯下降,專有名詞為「瑞利―貝納爾對流胞」(Rayleigh Bénard convection cell),以發現者瑞利男爵(Lord Rayleigh)和貝納爾(Henri Bénard)為名。如果你對燉鍋底部的圖樣感到好奇,上面說明的現象大概就是設計那些圖樣的原因。它們似乎可以促進對流,以我個人的經驗來說,用大火煮米或義大利麵之類的東西時,可以清楚看見各個對流胞。
●微波爐傳統烤箱最大的缺點是,需要熱到發燙才能加熱晚餐。微波爐更快速地烹調食物,因為它們是利用短波高頻的無線電波(微波),直接放出能量到食物中。另一個優勢是,鋁製的箱子不需要先花上半小時「暖機」,就能直接進行烹調。微波的原理是什麼?波當中的能量使食物內的水分子更快速地振動,而由於內振動可視為一種熱,最後效果就是可以烹調食物的內部熱效應。雖然有時會聽說微波爐可快速「由內而外」烹調,但這種說法不盡然正確。用微波爐烹調,水分多的食物煮得比水分少的食物快,所以像脆皮蘋果派這類東西的確會由內而外加熱,正是因為飽含水分的餡料在中間。一些整體含水量均勻的食物(如一塊肉),烹煮程度會更平均,而且通常是由外而內,因為微波更快接觸到表面。肉的表面一旦開始加溫,就會透過傳導把熱傳到內部,就像傳統的烤箱一樣。
●紅外線烤爐與鹵素爐發出紅色熱光的烤爐和鹵素爐主要透過輻射來放出熱,跟熊熊營火的作用完全一樣。這就是為什麼與眼睛平高的烤爐放在豬排或起司吐司上方的位置,還能有效烹調食物,儘管烤爐產生的許多熱往錯誤的方向傳播(向上,遠離食物),根本無法發揮烹調作用。鹵素爐(嵌入式爐具)更顯然是用「光」(紅外線輻射)而非熱來烹調。它們就像控制自如的瓦斯火爐,有立即加熱的效果,所以我們可以由此了解其運作原理。鹵素爐不像傳統的電爐圈,不需要先花好幾分鐘等爐子預熱,就能開始(透過傳導)傳熱。不過,鹵素爐的玻璃面板會變得燙手,表示那時仍進行著熱傳導。
●電磁爐以科學角度來說,電磁爐使用的烹調方法最巧妙。跟其他類型的炊具不同,電磁爐不會直接產生熱。反之,電磁爐製造一個暗藏的電磁場,在看起來像傳統烹飪鐵盤的金屬外「殼」上面產生(「感應」)漩渦狀電流,稱為渦電流(eddy current)。渦電流與一般的電流不同,沒有要傳送的目的地或流向。它們在金屬內部的晶化結構周圍旋繞,藉由產生熱來耗散本身的能量,所以平盤本身變成炊具。缺點是,你必須使用含鐵的鍋具才能感應電磁爐產生的磁場;非磁性材料就不能用了,例如鋁材。
◎為何不要攪拌你的茶?
討論了層流和紊流的奧妙之處後,你可能明白,如果你正嘗試「攪拌」茶或咖啡,其實是下下之策。攪拌(無論是茶、咖啡、油漆或醬汁)牽涉到把某個東西放入液體中並使它迴轉。如果你的做法就是這樣,最後的結果可能是不停轉動的層流,沒有任何真正的混合效果。為了說明這個現象,新墨西哥大學的狄摩斯(John DeMoss)和卡西爾(Kevin Cahill)發展出一項令人驚訝(儘管有點難形容)的演示實驗,你可以在線上影片網站觀看實驗。其中一位科學家站在比一個透明圓柱形容器高的位置,容器裡裝滿黏稠(且透明)的玉米糖漿,接著把三滴有色食物染料注入容器中不同的高度和位置。他轉動一個攪拌器一定的次數,然後我們看到那幾滴有色染料隨著罐中內容物的迴轉,在液體中散開成完全水平的條紋。到目前為止一切順利:染料明確地混入了液體當中。是真的嗎?接下來,他停了一會兒,然後逆向操作程序,反向轉動攪拌器相同的次數。不可思議地,染料在液體中「不混合」,完整地回到一開始有的那三滴原始染料。這項幾乎讓人難以置信的演示實驗證明了,完全的層流並不會產生混合,即使一個流體繞著圈轉也一樣;正因如此,它完全可逆。當你攪拌茶或咖啡,你所做的其實不過是推動那個流體繞著圈,以大體上層狀的方式轉動。雖然這種攪拌方式合乎常理,但是以紊亂的方式攪拌更快且更有效――所以比如說,先往一個方向攪拌,然後猛然停下,反方向攪拌,接著反覆進行這個程序。通常,我現在攪拌得很混亂,以致每次我都得擦掉灑在廚房料理檯上的至少一半飲料。(客人還常怪我端出偷工減料的飲料。)假如你以老派方式泡茶,用茶葉而非茶包,可能會注意到另一個令人好奇的科學效應。如果你用力攪拌,茶葉會聚集在杯底的中央,而不是像你預期的打轉到杯緣。一開始,茶葉的確向外移動,但隨著你停止攪拌,旋轉的茶與杯底及杯子內壁之間的摩擦力,使那裡的液體變慢。這產生一個雙渦旋,使流體從杯子裡的外側往內側循環,把茶葉掃向中央,茶葉因為本身的重量而下沉留在杯底,其餘的液體在茶葉周圍攪動。是誰想出這無用之用的廚房科學?當然是我們的老朋友愛因斯坦,他在1926年一篇鮮為人知的論文中發表了這項論點。
◎卡士達大混亂
一日為茶,終生為茶。無論你攪拌多少,用你的方式(層流)或我的方式(紊流),最後的成品看起來總是一樣。以這種單純方式流動的流體稱為牛頓流體(Newtonian fluid),因為它們遵循的是牛頓在17世紀所鋪設好的物理康莊大道。然而,不是所有液體都像這樣流動。十二、三歲時,我花了一上午的上課時間才了解這件事。那時我在學習烹飪(可笑地稱為「持家學」或可能叫「家政學」),剛學會如何正確製作生平第一次卡士達醬。成果相當不錯,可是不知為何,我忘了要攪拌,鍋底有一點點燒焦。我把它放著冷卻,完全忘了這回事,直到下課才想起來,但已經沒時間做最後的搶救了。我覺得在下午回家前,袋子裡裝著半公升燒焦的冷卡士達醬很麻煩,最後沒辦法,決定在教室洗手槽把它沖掉。大錯特錯!我又刮又攪,冷掉的卡士達黏糊糊,緩慢吃力地移動。原本在鍋子裡順暢流動的黃色液體,迅速開始變得極度黏稠。天啊!我又攪了幾次,只是讓情況更糟糕。我越焦慮,就戳得越快,卡士達變得更稠。最後,它變成堅硬的膠塊,我得用木湯匙迷你的尾棒,一次一點地把它捅下塞孔,才收拾完畢。後來我又花了十年,才了解為什麼會發生那樣的事,這次是在科學課堂上。大多數的液體(如水和茶)屬於牛頓流體,其他則是非牛頓流體(non-Newtonian fluid)。施力於其上,它們不會像經過攪拌的茶一樣,只是改變位置或迴轉。根據內部分子結構的不同,這類液體可能變得更黏滯(viscosity)又黏稠(剪切增稠流體﹝shear-thickening fluid﹞)或更易流動又液化(剪切稀化流體﹝shear-thinning fluid﹞)。卡士達(以及任何含有玉米粉的東西)是剪切增稠流體;血液、面霜、牙膏、鮮奶油泡和痰,都是剪切稀化流體。你搖動番茄醬,讓它暫時變稀,更容易流動,方便倒出:施加剪切力(物理學家的專有名詞,表示讓一個物質改變形狀的力),使它變稀。你可能注意過(但從不在意),牙膏的流動方式正是如此。從軟管裡慢慢流出的牙膏像一隻又肥又慢吞吞的蟲,但刷牙1、2秒之後,神奇地轉變成容易流動的滑溜液體。剪切稀化液體不像剪切增稠液體那麼麻煩,每次看到這種液體都覺得很有趣。例如咳嗽,對肺裡的痰施加足夠的壓力,就能讓痰從固體變成液體,輕易吐出嘴巴。這種舉動讓人很反感,但事實千真萬確。
◎為什麼一樣東西會黏在另一樣東西上?
黏或不黏,這是一個值得考慮的問題——而且,儘管聽起來可能很陌生,但我們每一天都以千種不同的方式提出這個疑問。也許你不常用膠水(黏合劑),甚至家裡可能沒有半瓶,但是你做的每一件事,基本上所有大大小小的一切,都牽涉到東西是黏在一起,還是直接滑掉。每吸一口氣,看不見的氣體得滑過迷宮般的氣管,暢通無阻地進入肺部。狼吞虎嚥吃下肚的食物和飲料也會滑過相同的路徑。當你讓自己向上移動到樓上,你可以這麼做的原因是你(非常短暫地)黏在腳下的地毯或木板上。而我們還沒開始思考更顯而易見的黏性類型,例如把郵票穩穩黏在信封上的膠水,就體驗到那些黏的現象了。我們會注意到黏與滑的差異,多半只有在它們沒發揮作用的時候:黏的東西滑動,或滑的東西黏住。超市裡「小心地滑!」的警示牌、壁紙剝離的一角、緊貼在你的玻璃杯杯底的啤酒杯墊,都是典型的例子,提醒我們自己有多依賴黏性科學――黏或滑――一次就得搞定。一塊磁鐵黏固在冰箱上,是因為有一股看不見的力,也就是磁力,將金屬與金屬緊合在一起;不會看到任何黏膠。各種各樣的黏性和滑性都可同理而論,不管有沒有黏膠。當東西黏著,就是有一個力將它們連接在一起;它們不黏或滑落的時候,那股力通常還在那裡,只是太小而黏不牢。假設你正在貼某種品質特別好卻相當重的壁紙,而它一直脫落回捲,完全黏不住。怎麼回事呢?表面上來看,這單純是重力(壁紙的重量使其脫落)與黏膠(產生讓壁紙黏在牆上的力)之間的拉鋸。聽起來滿簡單的,但實際情況稍微複雜一些,因為事實上其中有三種不同的黏附力。漿體(黏膠)必須黏在壁紙上,然後黏膠的另一面要黏到牆上。此外,比較不明顯的是,漿體本身必須彼此互黏。當壁紙從牆上脫落,你可能會發現壁紙背面仍然有一些漿體在上面,其他漿體則脫離留在牆上。這情況說明,漿體會黏在壁紙上和牆上,但本身沒有相黏。另一個類似的例子是,你為自己做果醬三明治,然後把麵包剝開。你可能會發現果醬黏到兩片麵包上了。當你撕開三明治,作為黏膠的果醬就失去作用,最重要的是因為它把自己黏結起來的力,沒有比它黏到任一邊麵包上的力來得大。更進一步觀察,這裡的三種黏附力其實只有兩種:東西可以黏住自己或黏住其他東西。我們稱這兩種力為內聚(cohesion)和附著(adhesion)。我們稱黏膠為「接著劑」,因為當我們把黏膠塗在其他東西上時,認定它們的黏性歸結起來是源於強韌的附著力;但事實上,每一種有效的黏膠也要具備強大的內聚力,才能確保它的中間部分不會直接分裂。黏膠更正確的名稱或許是「附著—內聚—附著」,以反映黏膠需要三種不同黏附類型的每一種。談到附著力和內聚力相輔相成的例子,水可能是最常見又最引人注目的。水的內聚力極強,即使周圍有其他東西可以抓牢,它還是喜歡跟自己黏在一起,這就是為什麼大量水分子群聚在一起之後,雨以水滴的形態灑下。這可能讓你好奇為什麼暴風雨不是以巨大得嚇人的單一水滴降下,答案是大水滴不穩定。隨著雨不斷落下,降下的水滴與掠過它們的空氣發生撞擊,將水滴撞碎成更小的顆粒,所以它們完全沒機會形成超過約5公釐的大小。水的內聚力一般超過附著力,這解釋了為什麼一滴水在你的手掌上保持不動,或珍珠般的雨滴穩穩停留在葉子上,不會滑落出去。下雨天,當雨猛烈打在你的窗戶上,你會發現小水滴往往順著一定範圍內條紋狀的路徑蜿蜒而下,簡直就像玻璃窗上直立式的排水管,而那也是因為水有內聚力的關係。每一顆新的小水滴都更傾向與已經在那裡的水滴黏在一起,而不是黏到玻璃還沒溼的其他部分。水自我黏附的能力極強、黏附到其他東西上的能力極弱,我們得用清潔劑(界面活性劑﹝surfactant﹞)才能適當地散布水分,徹底浸溼東西。黏性主要是關乎附著力,現在先讓我們專注於這個主題。概括來說,我們可以把黏性分成三類:永久黏附(接著劑的功能)、暫時黏附(我們走過地板或蒼蠅爬上牆壁)、徹底不黏或滑移(潤滑刮鬍刀滑過你沾著肥皂泡泡的下巴,或者在雪和冰上滑行)。雖然這三種黏附類型看起來或許完全不同,但它們都是以兩個非常近的表面之間的短程力為基礎,而且有很多共通點。

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