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館長隨筆

 
 
 
 
 
 

 








動物界大聲公(二):蟬

刋登日期: 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。





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。


影片中模擬了雄性蟬腹部的肌肉如何拉動鼓膜發出聲響


 

 


動物界大聲公(一):沼蛙

刋登日期: 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。


影片:鳴叫中的沼蛙

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:
1. 閉上嘴巴,由肺部呼出空氣
2. 呼出的空氣經過喉部令鳴囊充氣,途中振動聲帶發出聲音
3. 聲音透過鼓脹的鳴囊傳開去

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
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
雄性沼蛙鳴叫時口部下方兩側的鳴囊會脹大


 

 


閃電的光譜

刋登日期: 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。






 

 


綿密泡泡的秘密

刋登日期: 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<br><br>
圖一. 泡沫泵頭的構造

圖二. 頂部的濾網比底部的更細密<br><br>
圖二. 頂部的濾網比底部的更細密


圖三. 泡沫產生的機制<br><br>
圖三. 泡沫產生的機制

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圖四. 一層額外、細密的濾網能產生如忌廉般的泡沫
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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「400次咖啡」的科學
 
刋登日期: 2020年6月5日
 
咖啡是十分常見的飲品,那麼最近蔚為風潮的「400次咖啡」又有甚麼特別之處?難道綿滑泡沫的秘密在於咖啡裏面的咖啡因?就讓香港科學館總館長Paulina,和香港科技大學化學系、科學教育助理教授Emily博士為大家一齊解開這個謎團吧。






市區中的樹頭菜花海

刋登日期: 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!

這次要為大家推介的就是樹頭菜。聽到這個名字,大家可能會聯想起食用的蔬菜,其實樹頭菜是一種香港市區常見的落葉喬木,最高可達15米。為甚麼會有樹頭菜這名字呢?因為中國雲南的居民會採摘樹的幼嫩葉子製成醃菜。除了具食用價值外,樹頭菜的木質輕而堅硬,枝幹還可製成小魚狀的假餌用以釣魚,所以樹頭菜亦被稱為魚木。

樹頭菜樹形優美,花期在四月中下旬。開花時,樹頭菜的枝條末端會冒出一球又一球的漂亮花朵。我會趁四月連場春雨過後,走到種滿樹頭菜的太子道西、界限街或科學館附近漆咸道南一帶,沉醉在那片壯觀的黃白色花海之中。只要我們細心觀察樹頭菜的花,就會發現它非常特別,剛剛開花的時候是白色的,後來會漸漸變成黃色。而每朵花有多條長長的雄蕊,雄蕊比花瓣還要長,其向下低垂的姿態跟蜘蛛的長腳相似,所以樹頭菜的英文名字正正就是"Spider Tree"。

在市區種植樹木除了可以美化環境外,還可以為生態增值。樹頭菜的樹葉是鶴頂粉蝶幼蟲的食物,所以在春夏交替,很大機會看到鶴頂粉蝶,一種香港體型最大的粉蝶在樹頭菜附近飛舞呢!


樹頭菜花海<br><br>
樹頭菜花海

樹頭菜的花會由最初的白色漸漸轉成黃色<br><br>
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
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
鶴頂粉蝶的翅膀頂有鮮艷的橙色斑紋


 


由木棉開始,認識香港樹木

刋登日期: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。

除了觀賞價值之外,木棉渾身是寶,木棉花曬乾後可製成中藥材,我們飲用的五花茶其中一種「花」就是木棉花,而樹皮和樹根亦可以製成中藥材,具有清熱解毒的功效。木棉對本地生態也有很大貢獻,不少常見的雀鳥,例如:紅耳鵯、八哥和暗綠繡眼鳥(相思)等,都喜歡食用木棉花蜜,在盛放中的木棉樹上會有不少雀鳥流連,因此,我們在賞木棉花時,還可以趁機觀鳥呢!

雀鳥和昆蟲吃花蜜時,會不知不覺地幫助木棉傳播花粉。成功授粉的木棉花會結出10至15公分長的果實,成熟後果殼會裂開,裏面帶有棉絮的種子就會隨風飄散,找尋新地方落地生根。踏入五月份,大家就可以欣賞木棉飄絮這美景。

其實我們對木棉並不全然陌生,從課本到粤語流行曲都有提及木棉的英姿,只是大家在忙碌的生活中未必會察覺到它的存在。由今天開始,不妨嘗試放慢腳步,在每天經過的街道上欣賞一下樹木的美態, 讚嘆大自然的奇妙!


開花中的木棉<br><br>
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。<br><br>
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。
木棉花的花蜜是鳥兒們的美食。
 


 

最近更新日期: 07-10-2020

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