館長隨筆
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比較水珠在荷葉及紙張上的形狀 |
荷花生長於水流緩慢的河流和池塘,所以演化出超級撥水的葉片,減少水在葉面上積聚,水珠流走時亦可帶走葉面的污泥或塵埃,以免阻擋陽光及導致葉片腐爛。除了荷葉,蝴蝶的翅膀同樣擁有超卓的撥水性,其原理亦涉及凹凸不平的表面結構。蝴蝶翅膀上佈滿鱗片,而鱗片排列方式以及鱗片表面細至納米級的結構,讓蝴蝶翅膀能夠迅速把水滴排走,以免影響飛行,這特性在下雨時尤其重要。 生物為了適應環境,進化出不同的身體結構和能力,這正正成為我們研發新產品的靈感。荷葉效應也被應用在日常的撥水產品上,大家有沒有使用過這些產品呢?
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不少人都喜歡吃甜品或者飲台式飲料,而口感「Q彈」的愛玉是其中一種相當受歡迎的配料。大家又知不知道愛玉是怎樣製成呢? 愛玉的原材料來自一種叫愛玉子(或簡稱愛玉)的植物,把這種植物的種子放入網袋裏,在室溫開水中搓揉一會,之後讓水靜置一段時間,就會神奇地變成啫喱狀凝膠。為甚麼製作愛玉不用加熱或冷藏,只需在室溫的水中搓揉種子就大功告成呢? 原來愛玉種子表層含有豐富果膠和果膠酯酶,在搓洗過程中,兩者會慢慢溶到水中。果膠是長鏈狀的多醣,而果膠酯酶會改變果膠長鏈狀分子結構中某些部分,使果膠能夠連結水中的金屬離子(香港的自來水含有微量鈣離子、鎂離子等金屬離子)產生交聯反應。果膠長鏈與金屬離子如此互相連結,成為猶如海綿狀的網絡,把水分子鎖住,形成凝膠。
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上圖解釋了水中的果膠與金屬離子的交聯反應 | 薜荔果實及內裏的種子 |
香港也有愛玉的近親,同是榕屬植物的薜(粵音:幣)荔,果實結構跟愛玉的相似,兩者都屬於無花果(隱頭果)。根據一些書籍記載 ,上世紀五十年代以前,香港街邊擺賣的甜品─白涼粉,就是由薜荔製作而成,過程跟製作愛玉差不多。 很多水果包括蘋果、提子等都含有豐富的果膠,而果膠在日常生活中有不少應用,尤其在食物製造業,例如製作果醬和乳酪。果膠甚至會應用於製造乳液、洗頭水等美容及個人護理產品中。所以水果對大家真的很有益處!
愛玉的製作方法
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刊登日期: 2020年11月2日 香港每年棄置超過40億個膠袋,數量多得驚人。我們都知道膠袋難以自然分解,會引起不少環境問題,但要於日常生活中做到零膠袋的確比較困難,所以我們首要減少使用和重覆使用膠袋。其次,我們亦可以考慮選用對環境傷害較少的替代品,近年市面上就可找到由聚乙烯醇和澱粉製成的膠袋。 聚乙烯醇是一種水溶性聚合物,所以這種膠袋可溶解於熱水中,再經過微生物降解變成二氧化碳及水。其實有不少產品是由聚乙烯醇製成的,例如近年興起的洗衣液膠囊,外層薄膜同樣由聚乙烯醇製成,所以膠囊會在洗衣過程中溶解。 此外,大家做勞作時,經常用到的透明膠水就是聚乙烯醇水溶液。大家不妨試試將膠水倒在一些平面上風乾,檢視一下乾透後薄膜的質感是否跟膠袋相似? |
聚乙烯醇水溶液膠水及其乾透後形成的薄膜。 |
雖然聚乙烯醇膠袋未能成為傳統膠袋的完美替代品,我們可以多了解這類替代品,在日常生活中作出對環境更友善的選擇。不過無論用哪一種膠袋,記得少用、重用,保護地球!
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刊登日期: 2020年10月7日 談及動物界的大聲公,又怎少得蟬呢?每年的夏季,不論在市區公園或郊外,我們都會聽到響亮的蟬鳴。有些品種的蟬,鳴叫聲更可以超過100分貝,跟電鑽發出的音量不遑多讓。但為甚麼細小的蟬可以成為大聲公呢?首先,只有雄性才能鳴叫,因為牠們要以響亮的鳴叫聲吸引雌性。雄性蟬的腹部有三個專為鳴叫而設的「特殊構造」─ 肌肉、鼓膜和空心的腹腔。相比之下,雌性蟬的腹部結構就簡單得多,看看下圖就可以比較兩者的不同之處。 |
蟬標本腹部第一節橫切面 | 雄性蟬其中一個鼓膜位置 |
雄性蟬腹部內有一對V形肌肉分別連接着身體兩側的鼓膜,像一塊薄膠片的鼓膜會被肌肉拉動而改變形狀,繼而發出聲音。下面的影片就以膠水樽模擬鼓膜發出聲響的原理,但蟬振動鼓膜的速度當然快得多,每秒可以振動接近400次。此外,蟬的腹部跟大部分昆蟲的腹部很不一樣,是空心的,所以鼓膜發出的聲音在腹腔產生共鳴而擴大,原理就像木結他空心的共鳴箱,幫助擴大聲音。 科學家對蟬如何以很少的能量發出巨大聲音很有興趣,並希望掌握蟬的發聲原理,應用在日常生活上,例如改進聲納探測技術等等。你也可以嘗試動手了解蟬的鳴叫原理,例如參考影片試試以膠水樽模擬蟬鳴,又或者嘗試製作共鳴箱來擴大聲音。
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刊登日期: 2020年10月6日 我們人類會透過說話溝通,而動物就以不同的鳴叫方式與同伴溝通。有些體型細小的動物反而能發出響亮的鳴叫聲,可算是動物界裏的「大聲公」,你有遇過這些「大聲公」嗎? 在春、夏季,大家走到溪邊或公園的池塘,就有機會遇到其中一位「大聲公」─ 沼蛙。沼蛙是香港常見蛙類,屬於兩棲類動物,主要生活在溪澗、池塘及水田。 為甚麼沼蛙要叫得那麼大聲?因為春、夏季就是牠們的繁殖季節,雄性沼蛙要「引吭高歌」才可以吸引異性,有時牠們還要大聲驅趕其他入侵領域的雄性沼蛙。牠們為了要發出充滿雄性魅力的聲音,演化出特別的身體構造。大家可以留意影片中,雄性沼蛙發聲的時候是閉上嘴巴,鼓脹口部下方兩側稱為「鳴囊」的泡泡。 沼蛙發出聲音的過程: 因為鳴囊像氣球般具有彈性,所以每一下鳴叫之後,鳴囊會縮回原狀,內裏的空氣就會回流到肺部,這樣沼蛙就可以迅速回氣,像「長氣袋」一樣持續鳴叫。除了有助鳴叫外,脹鼓鼓的鳴囊亦可以增加雄性沼蛙的外在魅力,吸引雌性的目光。 其實在大自然裏,每種蛙類都有獨特的鳴叫聲,所以科學家會把牠們的叫聲錄下來,得出聲學頻譜圖,分析其音頻隨時間的變化,這些資料有助進行生態調查或相關的科學研究。下次聽到蛙類在鳴叫,除了可以靜靜細聽外,也可以利用你的智能電話進行錄音,然後利用一些免費應用程式進行分析,並嘗試和其他聲音對比,說不定會有新發現呢! |
沼蛙鳴叫聲的聲學頻譜圖 | 雄性沼蛙鳴叫時口部下方兩側的鳴囊會脹大 |
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刊登日期: 2020年9月30日 香港的夏季常受雷雨天氣影響,有時一場雷暴可以出現數千次閃電。一道電光足以把整個天空照亮,究竟這些強光蘊藏著甚麼秘密呢? 對於發光的物體,研究它的光譜是了解它們的好方法。把一小片衍射光柵放在手提電話鏡頭之前進行拍攝,就可以紀錄閃電的光譜。在光譜中,可以看到幾條較為明顯的顏色線,它們是氮離子的發射譜線。原來我們目睹了空氣中的氮,因閃電產生的高溫而被電離的過程。 閃電本來是大氣現象,但原來對生物非常重要。空氣中的氮氣被閃電電離後,會和氧結合成氮氧化物,再經雨水帶進土壤形成硝酸鹽,即肥料的成分。空氣中的氮進入了食物鏈,構成生物體內的蛋白質。(氮氣亦可透過微生物作用變成氨,再被其他生物利用。) 拍攝閃電光譜可以在室內進行,千萬不要在雷暴下走到空曠的地方,免生危險。 |
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刊登日期: 2020年8月18日 保持雙手清潔是預防疾病的有效方法。近年,不少洗手液都推出了泡沫版本,只需按壓一下,瓶內的皂液馬上變成手中綿密的泡沫。但是,為甚麼它不像剃鬚膏那樣需要盛載於金屬製的壓縮氣罐之內?難道皂液是以特別配方調製?還是另有原因? 我嘗試把泵頭拆開來一探究竟。(圖一)除了在一般清潔劑瓶子會找到的吸管和彈簧之外,我還發現一個細小的圓筒形組件,兩端蓋有細密的濾網。若把這個組件拿走,泵頭只會壓出皂液而非泡沫,証明這小東西正是起泡的關鍵。(圖二及圖三) 後來,我成功以化妝棉、海綿百潔布、甚至外科口罩中層的物料來代替濾網。根據觀察所得,似乎越細的過濾孔,所產生的泡沫就越綿密。最近,市面上推出了一種標榜能造出如忌廉般幼滑的泡沫沐浴露,而這個瓶子的獨特之處,在於壓嘴末端再有一層額外濾網。(圖四) 雖然泡沫泵頭能使皂液產生泡沫,但皂液中水和肥皂的比例也需配合得宜,才能令泡沫質感豐盈。如果皂液太稀,所產生的泡沫就不能維持形態。反之若太濃稠,皂液會堵塞濾網,無法產生泡沫。這次探究讓我體會到,經過發明者的一番巧思,洗手這件平常事也可以變得更方便有趣。 |
圖一. 泡沫泵頭的構造 | 圖二. 頂部的濾網比底部的更細密 | |
圖三. 泡沫產生的機制 | | |
圖四. 一層額外、細密的濾網能產生如忌廉般的泡沫 | | |
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市區中的樹頭菜花海 |
刊登日期: 2020年4月9日 初春到來,總會聽到友人計劃到海外賞花,但原來只要找對時間,在香港市區也可看看樹、賞賞花呢! |
樹頭菜花海 | 樹頭菜的花會由最初的白色漸漸轉成黃色 |
樹頭菜的每朵花有數十條暗紅色的雄蕊 | 鶴頂粉蝶的翅膀頂有鮮艷的橙色斑紋 |
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由木棉開始,認識香港樹木 |
刊登日期:2020年3月23日 每年三月至四月,漫步於香港的街道上,我總會被火紅的木棉花吸引。木棉又名英雄樹,屬於落葉喬木,它筆挺的樹幹可高達25米。木棉在香港廣泛種植,在多區的街道或公園都可找到它的蹤影。 |
開花中的木棉 | 帶有棉絮的種子非常輕,可藉由風力傳播到遠處。 |
木棉花的花蜜是鳥兒們的美食。 |