三玉米粉漿的生活應用 ( 七 ) 以何種濃度的玉米粉漿包覆物體具有最佳的保護力? ( 八 ) 利用玉米粉漿的特性製作出好玩的玩具參研究設備及器材研究工具燒杯量筒溫度計鐵盤夾鏈袋捲尺刀片剪刀積木棍木棍攪拌棒原子筆膠水蓋高速連拍單眼相機研究材料玉米粉高筋麵粉中筋麵

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察僖莫
7 years ago
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1 摘要真的粉好玩 - 探討玉米粉漿的特性與應用玉米粉與水在 3:1 或是 7:3 的比例之下, 調和成的玉米粉漿會有一個特性, 就是受到外力快速撞擊會先變硬之後再變軟擴溶現象, 因此我們以各種粉漿測試, 其中太白粉漿與番薯粉漿也具有此一特性另外與玉米粉調和的液體若是白醋醬油米酒養樂多等也會產生此一特性而也在實驗中發現外力與玉米粉漿接觸面積大於 1 平方公分以上的撞擊就會出現這樣的特性, 水溫及攪拌次數也會改變擴溶現象最後利用此特性運用在吸震部分及運用這種好玩的玉米粉漿特性作出蛋頭玩具壹研究動機有一天在廚房幫媽媽炸地瓜塊時, 媽媽要我幫忙在玉米粉中加水攪拌, 卻意外發現攪拌時的玉米粉漿有硬硬的感覺, 但用湯匙慢慢靠近時, 又可以攪拌, 覺得這種現象很好玩, 隔天馬上跟同學及老師分享, 老師要我們尋找網路資料了解, 玉米粉漿的特性與我們上學期學的水溶液有何相關, 發現原來這樣的感覺叫做擴溶現象, 於是也開始了我們一連串的實驗我們動手調配玉米粉和水的比例, 發現在觸及玉米粉漿時, 表面真的會瞬間變硬, 拿在手上快速按壓會變成固體, 靜止後會馬上溶解, 我們想看看這樣神奇的玉米粉漿到底有什麼秘密, 是不是可以將這樣的特性利用在生活上貳研究目的研究目的一調查玉米粉與水調和的比例二探討玉米粉漿的特性 1 研究問題 ( 一 ) 玉米粉與水的比例不同是否會影響擴溶現象? ( 二 ) 不同大小的施力面積能讓擴溶現象發揮作用嗎? ( 三 ) 各種粉類與水調和成漿是否都具有擴溶現象的特性? ( 四 ) 以不同液體與玉米粉調和成漿是否都具有擴溶現象的特性? ( 五 ) 以不同水溫調配成的玉米粉漿對特性是否有影響? ( 六 ) 以外力攪拌玉米粉漿對特性是否有影響?

2 三玉米粉漿的生活應用 ( 七 ) 以何種濃度的玉米粉漿包覆物體具有最佳的保護力? ( 八 ) 利用玉米粉漿的特性製作出好玩的玩具參研究設備及器材研究工具燒杯量筒溫度計鐵盤夾鏈袋捲尺刀片剪刀積木棍木棍攪拌棒原子筆膠水蓋高速連拍單眼相機研究材料玉米粉高筋麵粉中筋麵粉低筋麵粉太白粉番薯粉糯米粉小蘇打粉在來米粉雞蛋醬油養樂多洗碗精蜂蜜白醋米酒肆研究過程或方法一調查玉米粉與水調和的比例 ( 一 ) 實驗一 : 玉米粉與水的比例不同是否會影響擴溶現象? 查詢網路上介紹的製作方式是將玉米澱粉 (Corn starch) 以 2:1 到 3:2 之間的比例和水混合而得, 但是我們以 2:1 的比例調配之後, 並無擴溶現象的特性出現, 因此想試試看玉米粉與水的比例要調多少, 才能出現抵抗壓力而變硬的特性實驗假設 : 玉米粉與水調配的濃度越高, 它的特性越明顯實驗器材 : 量筒玉米粉水自製測量工具尺控制變因 : 施力的高度相同玉米粉漿高度同為 4 公分操縱變因 : 玉米粉與水的比例不同應變變因 : 測量工具落入玉米粉漿深度不同 1. 步驟 : 我們將不同的玉米粉漿調配出濃度為 1:1(50%) 3:2(60%) 2:1(66%) 7:3(70%) 3:1(75%) 4:1(80%), 以相同高度的積木棍垂直向下落, 並以相機高速連拍, 記錄錄下的瞬間筷子插入的深度, 如下表 1-1 圖 1-1 2

3 表 1-1 不同比例的玉米粉漿與筷子插入深度的關係 1:1(50%) 3:2(60%) 2:1(66%) 7:3(70%) 3:1(75%) 4:1(80%) 第 1 次 4 公分 4 公分 4 公分 1.2 公分 0.6 公分 0 公分第 2 次 4 公分 4 公分 4 公分 0.7 公分 0.5 公分 0 公分第 3 次 4 公分 4 公分 4 公分 0.9 公分 0.5 公分 0 公分第 4 次 4 公分 4 公分 4 公分 0.8 公分 0.4 公分 0 公分第 5 次 4 公分 4 公分 4 公分 0.9 公分 0.6 公分 0 公分平均深度 4 公分 4 公分 4 公分 0.90 公分 0.52 公分 0 公分深度 (cm) 平均深度 :1(50%) 3:2(60%) 2:1(66%) 7:3(70%) 3:1(75%) 4:1(80%) 濃度平均深度圖 1-1 不同比例的玉米粉漿與積木棍插入的平均深度 2. 討論與歸納 : 當玉米粉漿在濃度為 2:1(66%) 以下時, 並未出現抵抗壓力而變硬的特性, 而在濃度為 7:3(70%) 時, 開始出現這樣的特性, 在濃度為 4:1(80%) 時, 玉米粉漿已經呈固體狀與網路上的製作方式做比較, 在 2:1 到 3:2 之間的比例和水混合而得這樣的比例無法產生玉米粉漿的特性, 而必須在 7:3(70%) 到 3:1(75%) 之間才可以測得玉米粉會抵抗瞬間的壓力而變硬, 停留一段時間後會向下沉的特性當濃度為 4:1(80%) 時, 玉米粉已經呈固體狀變得非常硬, 已經沒有這樣的特性出現, 所以實驗假設玉米粉與水調配的濃度越高, 它的特性越明顯不成立 3

4 二探討玉米粉漿的特性 ( 二 ) 實驗二 : 不同大小的施力面積能讓玉米粉漿的特性發揮作用嗎? 范振光 ( 民 95) 液體防彈衣遭擊硬起來這篇報導有提到, 利用新型奈米科技研製出來的剪切增稠液體, 平時穿在身上就像普通衣服一樣, 但在被子彈或炮彈碎片擊中的瞬間就能變成堅硬的防護物, 那像玉米粉漿這樣的特性是不是可以用來做防彈衣, 或是取代鋼或鐵, 做盔甲來防止刀劍, 因此觀察玉米粉漿對於不同大小的施力面積之反應情況, 收集身邊可用的器材, 對玉米粉漿做測試, 是不是能抵擋任何大小施力面積的物品實驗假設 : 玉米粉漿可抵擋任何大小的施力面積實驗器材 : 量筒玉米粉水刀片剪刀筷子木棍原子筆積木棍膠水蓋控制變因 : 玉米粉漿的濃度 7:3(70%), 高度同為 4 公分操縱變因 : 不同大小的施力面積應變變因 : 玉米粉漿的變化 1. 步驟 : 我們將刀片剪刀筷子原子筆積木木棍依序以連續快速施力於玉米粉漿, 其中以刀片剪刀模擬尖銳物品, 原子筆模擬子彈頭, 觀察玉米粉漿的反應如下表 2-1 表 2-1 施力工具對玉米粉漿的反應現象編施力面可否插入施力工具號積杯底玉米粉漿的反應現象描述 1 刀片 <1cm 2 插入瞬間再拉起無痕跡 2 剪刀 <1cm 2 插入瞬間再拉起會帶起玉米粉漿, 拉起會瞬間成團被拉起 3 筷子 <1cm 2 插入瞬間再拉起會帶起玉米粉漿, 拉起會瞬間成團被拉起 4 木棍 <1cm 2 插入瞬間再拉起會帶起玉米粉漿, 拉起會瞬間成團被拉起 5 原子筆 <1cm 2 插入瞬間再拉起會帶起玉米粉漿, 拉起會瞬間成團被拉起 6 積木棍 >1cm 2 插入瞬間再拉起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉起 7 膠水蓋 >1cm 2 插入瞬間再拉起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉起 4

5 2. 討論與歸納 : 對於 7 種不同器具造成玉米粉漿不同的反應, 施力面積越小, 如 : 刀片剪刀尖銳物品, 玉米粉漿的抵抗外力特性不明顯, 能直接插入杯底, 因此無法取代鋼或鐵做盔甲 ; 筷子原子筆的施力面積小於 1 平方公分且有弧度, 有感覺抵抗外力特性出現但不強, 也可直接插入杯底, 想要以玉米粉漿抵抗子彈做防彈衣的機率不高, 因為子彈的速度更快, 作用力更強 ; 對於面積 1 平方公分以上的積木或膠水蓋, 玉米粉漿抵抗外力的特性非常明顯, 且施力越大, 越能觀察並體驗得到, 所以實驗假設玉米粉漿可抵擋任何大小的施力面積不成立不同大小的施力面積的器具插入玉米粉漿的深度與面積成反比積木棍從玉米粉漿拉起也會瞬間成團被拉起 ( 三 ) 實驗三 : 各種粉類與水調和成漿是否都會有擴溶現象的特性? 網路資料查詢得到的資料顯示, 類似玉米粉這樣特性的粉有太白粉與番薯粉, 我們加入市面上的高筋麵粉中筋麵粉低筋麵粉糯米粉小蘇打粉在來米粉做實驗實驗假設 : 各種粉類都會有玉米粉的特性實驗器材 : 量筒水自製測量工具相機尺玉米粉太白粉番薯粉高筋麵粉中筋麵粉低筋麵粉糯米粉小蘇打粉在來米粉控制變因 : 各類粉漿溶液高度同為 4 公分操縱變因 : 各種不同的粉與水的比例應變變因 : 用施力面積 1 平方公分的積木快速戳入不同粉漿, 觀察其變化 5

6 1. 步驟 : 我們調配出濃度不同的粉漿, 以積木快速戳入粉漿, 觀察的重點是以實驗二中玉米粉漿對積木外力所產生的特性為標準 ( 無法直接插入杯底, 插入瞬間再拉起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉起 ), 實驗的結果如下表 3-1 表 3-1 不同粉類與水的比例測試 () 有擴溶現象 () 無擴溶現象 (/) 無法成漿粉與水的比例 1:1 2:1 3:1 4:1 5:1 高筋麵粉 / / / / / 中筋麵粉 / / / / / 低筋麵粉 / / / / / 小蘇打粉 / 在來米粉 / 糯米粉 / 太白粉 / / 番薯粉 / / / 玉米粉 / / 2. 討論與歸納 : 高筋中筋低筋麵粉加水會變成固體狀的麵團, 黏度超強, 用積木插入能插入杯底, 瞬間再拉起會將麵團一同帶起, 留下戳入的痕跡, 不會立即消失, 木棍沾黏許多黏稠的麵粉, 但都不具擴溶現象 ; 而小蘇打粉漿可被輕鬆的直接插入杯底, 插入瞬間再拉起無痕跡, 不黏積木, 不具擴溶現象 ; 在來米粉漿糯米粉漿, 對於外力的反應並不像玉米粉漿的特性, 瞬間拉起積木會有黏性 ; 太白粉漿和番薯粉漿有擴溶現象, 在手上快速揉捏時, 也會呈現固體狀, 當停止後會漸漸溶解, 與玉米粉漿的情形相同, 所以實驗假設各種粉類都會有擴溶現象特性不成立 6

7 高筋中筋低筋麵粉加水皆會變成麵團以高速連拍單眼相機拍攝玉米粉漿出現對抗外力的特性 ( 四 ) 實驗四 : 以不同液體與玉米粉調和成漿是否都會有擴溶現象? 實驗假設 : 各種不同液體與玉米粉調和成漿都會有擴溶現象實驗器材 : 量筒水自製測量工具相機尺玉米粉醬油養樂多洗碗精蜂蜜白醋米酒控制變因 : 各類粉漿溶液高度同為 4 公分操縱變因 : 各種不同的液體與玉米粉的比例應變變因 : 用施力面積 1 平方公分的積木快速戳入不同粉漿, 觀察其變化 1. 步驟 : 我們調配出濃度不同的粉漿, 以積木快速戳入粉漿, 觀察的重點是以實驗二中玉米粉漿對積木外力所產生的特性為標準觀察的重點 ( 無法直接插入杯底, 插入瞬間再拉起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉起 ), 實驗的結果如下表 4-1 表 4-1 不同液體與玉米粉的比例測試 7 () 有擴溶現象 () 無擴溶現象 (/) 無法成漿粉與液體的比例 1:1 2:1 3:1 4:1 5:1 白醋 / / / / 米酒 / / / 蜂蜜 / / / / / 洗碗精 / / 醬油 / / / 養樂多 / / /

8 2. 討論與歸納 : 洗碗精及蜂蜜加玉米粉會變成固體狀的麵團, 黏度超強, 用積木插入能插入杯底, 瞬間再拉起會將麵團一同帶起, 留下戳入的痕跡, 不會立即消失, 木棍沾黏許多黏稠的麵粉, 但都不具擴溶現象 ; 白醋和米酒醬油養樂多漿在不同比例下皆有擴溶現象, 在手上快速揉捏時, 也會呈現固體狀, 當停止後會漸漸溶解, 與玉米粉漿的情形相同, 所以實驗假設各種不同液體與玉米粉調和成漿都會有擴溶現象不成立 ( 五 ) 實驗五 : 以不同水溫調配成的玉米粉漿對特性是否有影響? 實驗進行時, 我們曾經將剩餘的玉米粉漿存放在冰箱中冷藏, 發現玉米粉漿會因為溫度降低而變硬, 而放在常溫下又會變軟, 因此我們想測試用不同的水溫調配玉米粉漿, 是否會造成特性的改變? 實驗假設 : 加入水的溫度越高, 擴溶現象越明顯實驗器材 : 量筒玉米粉水自製測量工具相機尺控制變因 : 玉米粉漿的比例為 3:1(75%) 操縱變因 : 加入的水溫應變變因 : 玉米粉漿的特性變化 1. 步驟 : 我們將溫度為 10 度 30 度 50 度 70 度 90 度的水加入相同比例的玉米粉中攪拌, 觀察積木棍插入杯子的情形如下表 5-1 表 5-1 不同水溫調配的玉米粉漿水溫玉米粉漿的變化玉米粉漿表面的硬度插入表面的情況 10 度可溶成玉米粉漿, 但一開始較難攪拌較硬無法直接插入杯底, 插入瞬間再拉起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉起無法直接插入杯底, 插入瞬間再拉 30 度可溶成玉米粉漿適中起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉起無法直接插入杯底, 插入瞬間再拉 50 度可溶成玉米粉漿較軟起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米 8 粉漿瞬間不會成團被拉起

9 無法直接插入杯底, 插入瞬間再拉 70 度可溶成玉米粉漿最軟起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉起 90 度無法溶成玉米粉漿, 成塊狀且出現透明凝結已成固體狀有阻力, 不可插入杯底, 會留下凹洞, 無法迅速復原, 已失去特性 2. 討論與歸納 : 不同的水溫對於玉米粉漿的調配有影響, 溫度達 90 度以上的水與玉米粉調配之後無法混合成玉米粉漿, 推測原因是溫度過高, 玉米粉已經被燙熟, 而變成固體, 特性消失 ; 溫度為 10 度到 70 度之間的水皆可調配成玉米粉漿, 且都保留其特性, 但溫度越高未施力的玉米粉漿表面的硬度, 以 70 度水溫的玉米粉漿最軟,10 度水溫的玉米粉漿最硬, 但靜置一段時間後, 當玉米粉漿皆到達室溫 (27 度 ),10 度到 70 度水溫調配出的玉米粉漿並無不同所以實驗假設加入水的溫度越高, 玉米粉漿的特性越明顯不成立以溫度 90 度的水調配成的玉米粉 ( 六 ) 實驗六 : 以外力攪拌玉米粉漿對特性是否有影響? 實驗假設 : 外力攪拌越多次, 擴溶現象越明顯實驗器材 : 量筒攪拌棒玉米粉水自製測量工具相機尺控制變因 : 玉米粉漿的比例為 3:1(75%) 操縱變因 : 攪拌的次數應變變因 : 玉米粉漿的特性變化 1. 步驟 : 我們以順時針左右攪拌玉米粉漿 20 次 50 次及 100 次, 並以積木棍快速戳入粉漿觀察特 9

10 性變化, 實驗的結果如下表 6-1; 又以上下拉放玉米粉漿 20 公分攪拌 20 次 50 次及 100 次, 並以積木棍快速戳入粉漿觀察特性變化, 實驗的結果如下表 6-2 表 6-1 左右攪拌的玉米粉漿情形左右攪拌次數玉米粉漿的變化玉米粉漿表面的硬度插入表面的情況靜置 10 分鐘後, 插入表面的情況無法直接插入杯底, 插無法直接插入杯底, 插入瞬間入瞬間再拉起會留下淺再拉起會留下淺淺痕跡隨即消 0 次無變化適中淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉起無法直接插入杯底, 插失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉起無法直接插入杯底, 插入瞬間 20 次有些微氣泡較軟入瞬間再拉起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉再拉起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉起起可直接插入杯底, 插入無法直接插入杯底, 插入瞬間 50 次有明顯氣泡較軟瞬間再拉起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間會成團被拉起再拉起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉起無法直接插入杯底, 插入瞬間 100 次有許多氣泡最軟可直接插入杯底, 無擴溶現象再拉起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉起 10

11 表 6-1 上下攪拌的玉米粉漿情形上下攪拌次數玉米粉漿的變化玉米粉漿表面的硬度插入表面的情況靜置 10 分鐘後, 插入表面的情況無法直接插入杯底, 插無法直接插入杯底, 插入瞬間入瞬間再拉起會留下淺再拉起會留下淺淺痕跡隨即消 0 次無變化適中淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉起無法直接插入杯底, 插失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉起無法直接插入杯底, 插入瞬間 20 次顏色變淡較軟入瞬間再拉起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉再拉起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉起起可直接插入杯底, 插入無法直接插入杯底, 插入瞬間 50 次顏色變淡, 有氣泡較軟瞬間再拉起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米粉再拉起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間不會成團被漿瞬間會成團被拉起拉起無法直接插入杯底, 插入瞬間 100 次顏色變淡, 有氣泡最軟可直接插入杯底, 無擴溶現象再拉起會留下淺淺痕跡隨即消失, 玉米粉漿瞬間不會成團被拉起 2. 討論與歸納 : 以外力攪拌玉米粉漿對擴溶現象是有影響的, 攪拌 100 次的玉米粉漿已無法出現擴溶現象, 推測原因是玉米粉漿是一種含有高分子的飽和溶液, 當我們緩慢施力的時候, 分子是分散的, 呈現液體的特性 ; 但瞬間施力時, 分子會被擠壓而排列整齊, 抵抗外來的力量, 但經過多次密集攪拌後, 可能瞬間改變了分子的排列, 而無法呈現擴溶現象, 但在靜置 10 分鐘後, 全部的玉米粉漿又再恢復原來的擴溶特性所以實驗假設外力攪拌越多次, 擴溶現象越明顯不成立 11

12 左右攪拌玉米粉漿情形上下拉放玉米粉漿情形三玉米粉漿的生活應用 ( 七 ) 實驗七 : 以何種濃度的玉米粉漿包覆具有最佳的保護力? 玉米粉漿對於外力撞擊時瞬間變硬的特性, 我們在想是不是也對物體具有保護力? 我們之前曾經玩過擲雞蛋大賽, 大家運用不同的方式保護雞蛋, 再從樓上將雞蛋往下丟, 看看誰的沒有破, 因此我們想以不同濃度的玉米粉漿包覆雞蛋, 從不同高度落下時雞蛋破裂的情形, 觀察玉米粉漿對雞蛋的保護力是否不同實驗假設 : 玉米粉漿濃度越高, 包覆的保護力越好實驗器材 : 量筒玉米粉水夾鍊袋蛋尺控制變因 : 實驗時每次皆更換新雞蛋操縱變因 : 不同濃度的玉米粉漿與落下高度應變變因 : 雞蛋的破裂情形 1. 步驟 : 我們調製濃度為 7:3(70%) 與 3:1(75%) 兩種玉米粉漿來做實驗, 將雞蛋和濃度不同的玉米粉漿分別裝入袋中, 粉漿裝入的高度為袋子一半 (6 公分 ), 並以清水做對照組, 實驗高度從 30 公分開始試驗, 同一溶液同一高度皆測試 3 次, 若 3 次雞蛋皆有裂痕或是破裂, 則停止實驗實驗結果如表

13 表 7-1 以不同濃度玉米粉漿包覆的雞蛋實驗 ( 無破裂 / 有裂痕完全破裂 ) 30cm 60cm 90cm 120cm 150cm 180cm 清水 70% 玉米粉漿 75% 玉米粉漿 cm 240cm 270cm 300cm 330cm 360cm 清水 70% 玉米粉漿 75% 玉米粉漿 / / / 2. 討論與歸納 : 剛開始實驗時, 我們曾經將袋內的玉米粉漿注滿, 但袋子承受不住從高處落下時的衝擊力而破裂, 因此玉米粉漿只注入袋內一半用清水包覆的雞蛋對於落下的衝擊力的保護力相當弱, 因此在高度 30 公分時就已全部破裂, 而玉米粉漿受到外力衝擊時變硬的特性, 可明顯觀察出對於雞蛋有相當不錯的保護, 而 13

14 濃度 75% 的玉米粉漿比濃度 70% 的玉米粉漿能有更好的保護效果, 推測原因是濃度 75% 的玉米粉漿比濃度 70% 的玉米粉漿瞬間接觸到衝擊力時的硬度較高, 且玉米粉漿包覆於蛋殼之外, 可增加蛋殼的厚度, 提高承受力所以實驗假設玉米粉漿濃度越高, 包覆的保護力越好成立玉米粉漿包覆雞蛋實驗情形 ( 八 ) 實驗八 : 利用玉米粉漿的擴溶特性製作出蛋頭玩具玉米粉漿是一種非常特別的流體, 摸起來黏黏稠稠的, 但用力擠壓會變硬, 放鬆後卻會變成像流體狀流下, 於是我們想藉由這樣的特性, 將玉米粉漿灌入氣球中, 製作出一個蛋頭玩具, 和裝水的水球比較看看, 誰對紙張的作用力比較大實驗假設 : 玉米粉漿濃度越高, 作用力越好實驗器材 : 量筒玉米粉水氣球自製漏斗控制變因 : 實驗時每次皆更換新的玉米粉漿氣球及水球操縱變因 :A3 紙張的張數應變變因 :A3 紙張的破裂情形 1. 步驟 : 我們調製濃度為 7:3(70%) 與 3:1(75%) 兩種玉米粉漿來做實驗, 將濃度不同的玉米粉漿分別裝入氣球中 ( 我們稱為蛋頭 ), 並以水球做對照組, 描準貼有 A3 紙張的垃圾桶, 實驗高度為 250 公分, 由上往下放, 測試蛋頭與水球對紙張的作用力實驗結果如表

15 表 8-1 蛋頭及水球對紙張的承受力實驗無破裂破裂 \ 未中目標 1 張 2 張 3 張 4 張 5 張 6 張清水 \ 70% 玉米粉漿 75% 玉米粉漿 \ \ \ 2. 討論與歸納 : 剛開始實驗時, 我們曾經將濃度更濃的玉米粉漿試著注入氣球中, 但玉米粉漿太過濃綢, 不易灌進氣球中, 因此玉米粉漿的濃度只採用濃度 70% 及 75% 的而玉米粉漿受到外力衝擊時變硬的特性, 可明顯觀察出對於紙張有相當不錯的作用力, 而濃度 75% 的玉米粉漿比濃度 70% 的玉米粉漿能有更好的作用力, 推測原因是濃度 75% 的玉米粉漿比濃度 70% 的玉米粉漿瞬間接觸到衝擊力時的硬度較高, 提高作用力所以實驗假設玉米粉漿濃度越高, 作用力越大成立玉米粉漿灌入氣球中成功的蛋頭 15

16 蛋頭平放呈液態蛋頭捏壓呈固態蛋頭測試器材實驗情形伍研究結果一在 2:1 到 3:2 之間的比例和水混合而得這樣的比例無法產生擴溶現象二玉米粉漿的濃度在粉與水的比例為 7:3(70%) 到 3:1(75%) 之間才可以測得擴溶現象三玉米粉漿具有會抵抗瞬間的壓力而變硬, 停留一段時間後會向下沉的特性四施力面積越小, 如 : 刀片剪刀等尖銳物品, 玉米粉漿抵抗外力的特性不明顯, 因此無法取代鋼或鐵來做盔甲五施力面積小於 1 平方公分且有弧度, 如 : 筷子原子筆有感覺抵抗外力特性出現但不強, 無法抵抗子彈做防彈衣六施力面積在 1 平方公方以上的物體, 如 : 積木或膠水蓋, 玉米粉漿抵抗外力的特性非常明顯七太白粉漿番薯粉漿也具有類似玉米粉漿的特性 16

17 八白醋米酒醬油養樂多漿在不同比例下皆有擴溶現象, 在手上快速揉捏時, 也會呈現固體狀, 當停止後會漸漸溶解, 與玉米粉漿的情形相同九洗碗精及蜂蜜加玉米粉會變成固體狀的麵團, 不具擴溶現象十溫度達 90 度以上的水與玉米粉調配之後無法混合成玉米粉漿十一 10~70 度的水皆可用來調配玉米粉漿十二攪拌 50 次及攪拌 100 次的玉米粉漿, 會短時間改變玉米粉漿的擴溶現象, 使其不具擴溶現象十三以比例為 3:1(75%) 調配成的玉米粉漿包覆的蛋, 可從 300 公分高的地方落下而沒有破裂十四以濃度比例為 7:3(70%) 及比例為 3:1(75%) 調配成的玉米粉漿灌入氣球中,3:1(75%) 的蛋頭對紙張的作用力較大陸討論一由實驗一發現玉米粉漿的特性要在超過飽和溶液的情況之下才會產生, 並且要達濃度 70%~75% 以上, 才會有效果顯現, 以超過 75% 的濃度調配, 皆會成塊狀, 因此玉米粉漿的特性必須在固態和液態的臨界點上才會出現, 網路上所說的 2:1 與 3:2 的比例在本次實驗皆無特性出現, 可能與玉米粉的品牌和產地有關玉米粉水溶液是一種含有高分子的飽和溶液, 當我們緩慢施力的時候, 分子是分散的, 呈現液體的特性 ; 但瞬間施力時, 分子會被擠壓而排列整齊, 抵抗外來的力量, 這種特性, 就稱為擴溶現象二實驗二中, 對於玉米粉漿應用在盔甲或是防彈衣這類防護作用的安全性低, 但若是將其應用於安全帽或是防摔衣, 接觸面積大, 瞬間變硬的特性, 應該可應用於預防老人跌倒機車或腳踏車騎士安全的防護衣三實驗三中玉米粉太白粉番薯粉三種粉類的特性相同, 查閱資料後發現, 這也稱之為非牛頓流體原理當微細的玉米粉調製比例高到混合物不易流動之狀態, 以手用力快速揍它, 在極短時間內半固體的玉米粉漿來不及流動讓出空間以容納打下的手, 因此手無法進入. 且擊下之力量無法轉移為受力者的動能而反作用到手, 用力越大則反作用力越大當手輕輕放入, 時間足夠讓太白粉漿受力流動, 移出空間容納進入的手, 這是所有液體皆有的特性, 只要欲進入液體內部時的進入速度快過液體受力位移讓出空間的速度, 即會產生反作用力, 與黏度高的麵粉類的特性不同 17

18 四實驗四中加入溶液不同也會產生擴溶現象的原因, 可能為這些液體皆含有水分子, 所以一樣有此特性, 只是比例改變了五實驗五中調配玉米粉漿的水, 溫度控制在 10 度 ~70 度皆可, 但在溫度較低的情況下, 玉米粉漿的沉澱速度快, 容易在下層結塊 ; 我們將玉米粉漿以 50 度放入保溫箱中, 讓玉米粉漿也呈現出透明的塊狀, 所以玉米粉漿的特性不適合用於長期低溫及高溫環境中, 特性容易消失 ; 當玉米粉粉漿在低溫下冷藏或是靜置一段時間之後會變硬結塊, 但是在加水攪拌能再恢復特性, 但是玉米粉漿加熱之後結塊, 再加水攪拌並無法再恢復特性, 由此可知加熱已讓玉米粉的性質產生變化六實驗六中攪拌 100 次的玉米粉漿暫時無出現擴溶現象, 推測原因是玉但經過多次密集攪拌後, 可能瞬間改變了分子的排列, 但在靜置後, 又再恢復原來的擴溶特性七根據實驗七對於吸震的實驗, 發現雖然從高處墜下的蛋殼未破, 但打開蛋殼後裡面的蛋黃已經破碎, 而非圓形, 推測蛋殼不破雖然可以保護蛋黃, 但是蛋黃因為在蛋殼內受到震盪的力量也很大八在實驗八中不同濃度的玉米粉漿做成的蛋頭作用力也不同, 而且勝過水球, 它的觸感很特別, 蛋頭可愛的造型很受同學喜愛, 大家很喜歡搓柔它, 將來我們想將它放在大眾科學當噱頭! 但也有老師建議可以運用在復健, 因為在觸感特別, 在手中按壓硬, 可以訓練握力柒結論一玉米粉與水的比例在 7:3(70%) 到 3:1(75%) 中混合成漿可得擴溶現象二施力面積比 1 平方公分大越多, 玉米粉漿抵外力的特性越明顯 ; 施力面積比 1 平方公分小越多, 玉米粉漿抵外力的特性越不明顯三太白粉漿番薯粉漿也具有擴溶現象特性, 稱之為非牛頓流體四以外力攪拌會暫時使玉米粉漿無擴溶現象五 10~70 度的水皆可用來調配玉米粉漿, 特性不會喪失六以濃度 3:1(75%) 的玉米粉漿包覆雞蛋, 能有最佳的保護力七以濃度 3:1(75%) 的玉米粉漿作為蛋頭, 能有最大的作用力 18

19 捌參考資料及其他一玉米粉 ( 無日期 ) 維基百科民 99 年 3 月 10 日, 取自 : 二范振光 ( 民 95) 液體防彈衣遭擊硬起來民 99 年 3 月 11 日, 取自 : 三康軒六上自然課本第三單元水溶液四陳建勳 ( 民 97) 變形磚 " 原理? 民 97 年 12 月 16 日, 取自 : 19

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