貳、研究目的

玻 璃 風 爆 摘 要 颱 風 天 時, 可 見 家 家 戶 戶 在 幫 玻 璃 貼 膠 帶, 想 防 止 玻 璃 被 風 吹 破 但 在 玻 璃 上 貼 膠 帶 是 否 真 的 能 增 加 玻 璃 的 抗 壓 性, 且 貼 哪 種 字 型 哪 種 材 質 的 膠 帶 所 產 生 的 效 果 較 佳, 看 法 眾 說 紛 紜, 因 此 我 們 自 製 加 壓 箱, 並 藉 由 壓 力 計 及 空 氣 壓 縮 機 等 器 材, 以 測 量 不 同 情 形 下 玻 璃 抗 壓 性 的 變 化 由 實 驗 結 果 發 現 玻 璃 是 由 中 心 附 近 一 點 向 外 輻 射 破 裂 的, 且 貼 上 膠 帶 後 確 實 有 增 加 玻 璃 抗 壓 性 的 效 果, 只 要 膠 帶 貼 到 玻 璃 的 中 心 或 四 邊, 增 強 效 果 都 不 錯, 其 中 又 以 貼 四 邊 的 效 果 最 佳 此 外, 彈 性 較 佳 的 布 紋 封 箱 膠 帶 所 造 成 的 效 果 比 透 明 膠 帶 紙 封 箱 膠 帶 好 最 後, 將 實 驗 數 據 與 各 級 風 壓 進 行 比 較, 顯 示 其 實 就 算 玻 璃 不 貼 膠 帶, 也 可 以 抵 擋 台 灣 歷 年 來 最 強 的 颱 風 所 產 生 的 風 壓, 貼 上 膠 帶 只 是 畫 蛇 添 足 罷 了, 但 是, 以 上 結 果 只 適 用 於 我 們 實 驗 所 使 用 的 玻 璃, 如 果 換 成 一 般 家 用 玻 璃, 則 數 據 結 果 可 能 都 需 作 調 整 0

壹 研 究 動 機 記 得 2005 年 7 月 18 日, 巨 大 的 強 烈 颱 風 海 棠 登 陸 了, 那 真 是 一 個 風 雨 交 加 的 夜 晚! 一 聽 見 颱 風 要 來 了, 許 多 商 家 住 家 紛 紛 做 起 防 颱 準 備, 除 了 忙 著 將 招 牌 及 各 種 重 型 器 具 牢 牢 固 定 外, 也 有 人 會 利 用 封 箱 膠 帶 將 玻 璃 貼 牢, 有 人 貼 X 字 形, 有 人 貼 十 字 形, 也 有 人 會 貼 成 米 字 形 花 蓮 美 侖 飯 店 的 落 地 玻 璃 因 這 次 颱 風 所 帶 來 的 17 級 強 風 而 破 掉 了 究 竟 用 膠 帶 貼 玻 璃 是 否 真 的 能 有 助 於 玻 璃 抵 抗 強 風 呢? 我 們 藉 由 網 路 查 詢 相 關 資 料, 發 現 說 法 眾 說 紛 紜 有 人 認 為 膠 帶 可 以 增 強 玻 璃 的 抗 壓 性, 且 以 貼 X 字 形 的 最 好, 也 有 人 認 為 貼 井 字 形 的 好 ; 但 是, 也 有 人 認 為 其 實 貼 什 麼 形 都 可 以, 因 為 貼 膠 帶 根 本 無 法 增 強 玻 璃 的 抗 壓 性, 只 是 當 玻 璃 破 掉 時 較 好 收 拾 罷 了 後 來, 我 們 打 電 話 詢 問 台 灣 玻 璃 工 業 公 司 的 人 員, 他 們 也 認 為 貼 膠 帶 沒 有 太 大 用 處 為 了 釐 清 上 述 的 說 法, 我 們 決 定 藉 由 實 驗 模 擬, 以 探 討 玻 璃 貼 膠 帶 後 的 抗 壓 性 變 化, 且 如 果 貼 膠 帶 真 的 可 以 使 玻 璃 較 能 承 受 強 風 的 吹 襲, 那 貼 哪 種 形 狀 哪 種 材 質 的 膠 帶 比 較 有 效 呢? 希 望 下 次 颱 風 來 時, 我 們 的 防 颱 準 備 可 以 做 得 更 好 貳 研 究 目 的 一 觀 察 四 周 有 框 架 支 撐 的 正 方 形 玻 璃 在 加 壓 下 破 裂 的 情 形 及 抗 壓 性 二 比 較 正 方 形 玻 璃 使 用 布 紋 封 箱 膠 帶 貼 上 不 同 字 型 後 的 抗 壓 性 三 比 較 正 方 形 玻 璃 使 用 不 同 材 質 膠 帶 貼 上 X 字 型 後 的 抗 壓 性 1

參 研 究 設 備 及 器 材 本 研 究 所 使 用 的 設 備 及 器 材 如 表 一 圖 一 圖 二 所 示 表 一 研 究 設 備 及 器 材 名 稱 玻 璃 長 29cm 寬 29cm 厚 0.3cm 布 紋 封 箱 膠 帶 寬 4.8 cm 透 明 膠 帶 寬 4.8cm 紙 封 箱 膠 帶 寬 6.0cm 尺 剪 刀 刷 子 吸 盤 手 套 透 明 塑 膠 墊 加 壓 箱 高 壓 管 數 位 式 壓 力 計 空 氣 壓 縮 機 等 高 的 椅 子 中 空 石 塊 DV 數 量 200 片 20 卷 1 卷 1 卷 各 數 個 10 片 1 個 1 條 1 台 1 台 2 張 1 個 1 台 圖 一 研 究 設 備 及 器 材 一 2

圖 二 研 究 設 備 及 器 材 二 加 壓 箱 是 由 厚 1.6mm 的 鋼 板 所 製 作 而 成 的 方 形 箱 子, 其 中 一 面 鏤 空, 鏤 空 面 所 形 成 的 框 架 外 圈 長 寬 皆 為 30.5cm, 內 圈 長 寬 皆 為 25cm 圖 三, 在 框 架 內 部 貼 上 泡 棉 膠 帶 利 用 接 環, 在 加 壓 箱 外 連 接 高 壓 管 數 位 式 壓 力 計 與 空 氣 壓 縮 機 圖 二 圖 三 加 壓 箱 3

肆 研 究 方 法 與 過 程 一 研 究 方 法 將 玻 璃 放 入 加 壓 箱 內 置 於 加 壓 箱 鏤 空 處, 以 空 氣 壓 縮 機 緩 慢 地 注 入 空 氣, 利 用 數 位 式 壓 力 計 測 量 加 壓 箱 內 的 加 壓 數 值, 當 玻 璃 承 受 不 住 壓 力 而 破 裂 時, 讀 取 數 位 式 壓 力 計 的 數 值, 並 記 錄 下 來 二 研 究 過 程 一 實 驗 一 : 觀 察 四 周 有 框 架 支 撐 的 正 方 形 玻 璃 在 加 壓 下 破 裂 的 情 形 及 抗 壓 性 1. 在 空 曠 處 放 兩 張 等 高 椅 子, 中 間 放 上 一 中 空 石 塊, 將 DV 置 入 中 空 石 塊 中, 並 蓋 上 兩 層 透 明 塑 膠 墊 作 為 保 護 圖 四 圖 四 透 明 墊 的 放 置 方 法 2. 將 加 壓 箱 放 在 等 高 的 椅 子 間, 鏤 空 處 朝 下 圖 五 圖 五 加 壓 箱 的 放 置 方 法 4

3. 用 麥 克 筆 在 玻 璃 中 心 處 標 記, 且 每 隔 5cm 畫 格 線 4. 將 玻 璃 放 入 加 壓 箱 內 並 置 於 鏤 空 處 5. 待 所 有 人 員 都 進 入 實 驗 室 內, 將 門 與 窗 關 緊 做 此 實 驗 時 一 定 要 特 別 小 心 6. 啟 動 空 氣 壓 縮 機 及 壓 力 計 後, 扳 動 加 壓 把 手, 緩 慢 地 注 入 空 氣 7. 觀 察 壓 力 計 上 的 數 值, 直 至 玻 璃 破 裂 為 止, 並 紀 錄 破 裂 時 的 數 值 8. 重 複 上 述 步 驟 3~7, 共 15 次 備 註 : 為 了 減 少 玻 璃 爆 破 時 在 透 明 塑 膠 墊 上 產 生 刮 痕 而 影 響 拍 攝 效 果, 建 議 平 均 每 爆 破 三 片 玻 璃 就 必 須 更 換 透 明 塑 膠 墊 二 實 驗 二 : 比 較 正 方 形 玻 璃 使 用 布 紋 封 箱 膠 帶 貼 上 不 同 字 型 後 的 抗 壓 性 1. 用 布 紋 封 箱 膠 帶 貼 上 不 同 字 型 於 玻 璃 上 : 中 間 雙 層 X 字 型 十 字 型 米 字 型 井 字 型 口 字 型 邊 框 口 字 型 距 邊 3cm 口 字 型 距 邊 6cm 口 字 型 距 邊 9cm, 每 種 字 形 貼 15 片 玻 璃 圖 六 2. 加 壓 箱 放 在 兩 張 等 高 的 椅 子 上, 鏤 空 處 朝 下 圖 五 3. 重 複 實 驗 一 步 驟 4~7, 將 貼 上 不 同 字 型 的 玻 璃 一 一 爆 破, 各 15 次 5

A. B. C. D. E. F. G. H. I. 圖 六 布 紋 封 箱 膠 帶 貼 上 不 同 字 型 於 玻 璃 上 A. 中 間 雙 層 : 在 玻 璃 正 中 央 貼 兩 層 B.X 字 型 : 沿 玻 璃 對 角 線 貼 成 X 字 型 C. 十 字 型 : 沿 玻 璃 各 邊 中 點 貼 成 十 字 型 D. 米 字 型 : 將 X 字 型 與 十 字 型 重 疊 貼 成 米 字 型 E. 井 字 型 : 沿 玻 璃 各 邊 三 分 點 貼 成 井 字 型 F. 口 字 型 邊 框 : 沿 玻 璃 的 四 邊 貼 成 口 字 型 G. 口 字 型 距 邊 3cm : 在 玻 璃 四 邊 向 內 縮 3 cm 處 貼 成 口 字 型 H. 口 字 型 距 邊 6cm : 在 玻 璃 四 邊 向 內 縮 6 cm 處 貼 成 口 字 型 I. 口 字 型 距 邊 9cm : 在 玻 璃 四 邊 向 內 縮 9 cm 處 貼 成 口 字 型 6

三 實 驗 三 : 比 較 正 方 形 玻 璃 使 用 不 同 材 質 膠 帶 貼 上 X 字 型 後 的 抗 壓 性 1. 用 布 紋 封 箱 膠 帶 透 明 膠 帶 紙 封 箱 膠 帶 貼 上 X 字 型 於 玻 璃 上 透 明 膠 帶 內 的 空 氣 要 確 實 擠 出 2. 加 壓 箱 放 在 兩 張 等 高 的 椅 子 上, 鏤 空 處 朝 下 圖 五 3. 重 複 實 驗 一 步 驟 4~7, 將 貼 上 不 同 材 質 膠 帶 的 玻 璃 一 一 爆 破, 各 15 次 7

伍 研 究 結 果 一 實 驗 一 : 觀 察 四 周 有 框 架 支 撐 的 正 方 形 玻 璃 在 加 壓 下 破 裂 的 情 形 及 抗 壓 性 一 將 DV 攝 錄 下 來 的 影 片 傳 至 電 腦 中, 藉 由 影 片 處 理 軟 體 繪 聲 繪 影 觀 察 玻 璃 破 裂 瞬 間 的 情 形, 並 擷 取 成 照 片, 如 表 二 所 示 由 表 二 可 知, 玻 璃 皆 由 中 間 附 近 向 外 破 裂 表 二 玻 璃 破 裂 前 後 的 情 形 玻 璃 破 裂 前 玻 璃 破 裂 瞬 間 8

二 正 方 形 玻 璃 未 貼 膠 帶 時 爆 破 的 101 107 105 111 105 121 101 123 92 94 102 102 112 123 129 平 均 108.5 kpa 9

二 實 驗 二 : 正 方 形 玻 璃 使 用 布 紋 封 箱 膠 帶 貼 上 不 同 字 型 後 爆 破 的 一 中 間 雙 層 : 118 110 112 138 117 121 132 117 127 134 139 134 128 146 116 平 均 125.9 kpa 二 X 字 型 : 140 110 129 116 121 129 139 121 128 129 144 143 148 121 149 平 均 131.1kpa 三 十 字 型 : 138 139 138 121 117 129 115 115 148 145 111 148 149 132 149 平 均 132.9kpa 四 米 字 型 : 138 135 121 127 124 124 127 123 127 135 122 123 139 133 134 平 均 128.8kpa 五 井 字 型 : 132 133 110 138 135 127 128 123 140 129 144 148 123 116 107 平 均 128.9kpa 六 口 字 型 邊 框 : 134 132 122 133 151 151 143 134 140 132 148 157 145 149 144 平 均 141kpa 10

七 口 字 型 距 邊 3cm 115 121 101 104 122 104 135 112 95 135 132 139 128 107 104 平 均 116.9kpa 八 口 字 型 距 邊 6cm 134 129 133 112 122 121 123 129 121 104 110 102 116 100 128 平 均 118.9kpa 九 口 字 型 距 邊 9cm 113 116 116 121 127 115 117 124 132 116 137 116 133 133 123 平 均 122.6kpa 將 膠 帶 貼 法 和 實 驗 一 實 驗 二 所 得 爆 破 時 的 畫 成 關 係 圖, 如 圖 七 所 示 由 圖 七 可 知 有 貼 膠 帶 比 沒 貼 膠 帶 的 抗 壓 性 好, 且 有 貼 到 玻 璃 中 間 或 是 邊 框 的 抗 壓 性 都 不 錯, 又 以 貼 邊 框 的 效 果 最 佳 150.0 140.0 130.0 壓 120.0 力 110.0 100.0 值 90.0 k p a 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 ( 20.0 10.0 0.0 ) 沒 貼 中 間 ( 雙 層 ) X 字 型 十 字 型 米 字 型 井 字 型 口 字 型 ( 邊 框 ) 口 字 型 分 ( ) 距 邊 三 公 口 字 型 分 ( ) 距 邊 六 公 口 字 型 分 ( ) 距 邊 九 公 膠 帶 貼 法 圖 七 膠 帶 貼 法 和 爆 破 時 的 關 係 圖 11

三 實 驗 三 : 正 方 形 玻 璃 使 用 不 同 材 質 膠 帶 貼 上 X 字 型 後 爆 破 的 一 布 紋 封 箱 膠 帶 : 140 110 129 116 121 129 139 121 128 129 144 143 148 121 149 平 均 131.1kpa 二 透 明 膠 帶 : 135 132 124 129 128 106 118 107 118 117 102 118 130 104 102 平 均 118kpa 三 紙 封 箱 膠 帶 : 104 111 105 123 95 106 129 110 112 132 111 94 100 134 128 平 均 112.9kpa 將 膠 帶 材 質 和 實 驗 所 得 爆 破 時 的 畫 成 關 係 圖, 如 圖 八 所 示 由 圖 八 可 知 布 紋 封 箱 膠 帶 的 抗 壓 性 最 好 140 130 120 壓 110 力 100 90 值 80 k p a 70 60 50 40 30 20 10 0 ( ) 布 紋 封 箱 膠 帶 透 明 膠 帶 紙 封 箱 膠 帶 膠 帶 材 質 圖 八 膠 帶 材 質 和 爆 破 時 的 關 係 圖 12

陸 討 論 一 實 驗 結 果 的 探 討 一 玻 璃 在 加 壓 下 破 裂 的 情 形 在 拍 攝 完 玻 璃 爆 破 過 程 後, 由 影 片 可 發 現 玻 璃 是 從 玻 璃 中 間 附 近 由 內 向 外 破 裂 此 外, 觀 察 玻 璃 碎 片, 也 可 發 現 輻 射 狀 的 裂 痕 圖 九 圖 九 玻 璃 碎 片 呈 現 輻 射 狀 二 玻 璃 貼 上 不 同 字 型 膠 帶 後 的 抗 壓 性 由 我 們 查 詢 的 資 料 可 發 現, 大 部 分 的 人 為 了 防 止 玻 璃 破 裂, 多 半 採 用 X 字 型 及 十 字 型 這 兩 種 貼 法 一 開 始 我 們 猜 測 X 字 型 所 造 成 的 抗 壓 效 果 會 比 十 字 型 好, 因 為 我 們 認 為 貼 X 字 型 時 是 將 膠 帶 從 角 拉 到 斜 對 角, 而 十 字 型 只 有 將 膠 帶 從 邊 拉 到 對 邊,X 字 型 將 膠 帶 延 伸 較 長, 所 產 生 的 張 力 應 該 比 十 字 型 來 得 強, 但 經 由 實 驗 結 果 可 知, 無 論 貼 X 字 型 還 是 十 字 型, 都 可 增 加 玻 璃 的 抗 壓 性, 但 效 果 非 常 接 近, 約 增 加 玻 璃 抗 壓 力 23~24kpa 比 較 這 兩 種 貼 法, 我 們 發 現 X 字 型 和 十 字 型 有 一 個 共 同 點, 那 就 是 貼 住 了 玻 璃 一 開 始 破 裂 的 地 方 玻 璃 正 中 間, 推 測 也 正 因 如 此 而 使 玻 璃 較 不 易 破 裂, 但 並 未 因 X 字 型 膠 帶 延 伸 較 長 而 使 效 果 較 佳 因 此 我 們 試 著 只 在 玻 璃 中 心 點 貼 上 兩 層 膠 帶, 想 看 看 是 否 也 能 和 X 字 型 十 字 型 一 樣 增 加 玻 璃 的 抗 壓 性 實 驗 後 發 現 只 在 玻 璃 中 間 貼 膠 帶 明 顯 地 比 完 全 沒 貼 膠 帶 時 的 抗 壓 效 果 好, 約 增 加 玻 璃 抗 壓 力 17kpa, 但 和 X 字 型 十 字 型 相 較 之 下, 就 差 了 一 些 因 此, 我 們 認 為 只 要 保 護 住 玻 璃 的 中 間, 就 能 顯 著 地 增 加 玻 璃 的 抗 壓 力, 若 能 再 將 膠 帶 延 伸 至 玻 璃 四 邊, 那 效 果 會 更 好 貼 X 字 型 和 十 字 型 都 可 增 加 玻 璃 的 抗 壓 力, 而 米 字 型 是 由 X 字 型 和 十 字 型 組 合 而 13

成, 因 此 我 們 有 了 貼 米 字 型 的 想 法, 且 我 們 認 為 米 字 型 貼 了 更 多 的 膠 帶, 那 照 理 說 應 該 會 增 加 更 多 的 抗 壓 力 但 由 實 驗 結 果 卻 發 現 貼 米 字 型 後 所 增 加 的 抗 壓 力 並 沒 有 想 像 中 的 好, 約 增 加 玻 璃 抗 壓 力 20kpa, 和 X 字 型 十 字 型 的 結 果 差 不 多, 表 示 貼 上 越 多 的 膠 帶 未 必 能 有 更 好 的 效 果 後 來, 我 們 轉 而 保 護 玻 璃 破 裂 的 出 口 邊 框, 將 膠 帶 貼 住 玻 璃 四 邊, 測 量 玻 璃 抗 壓 性 的 變 化 實 驗 後 意 外 地 發 現 膠 帶 貼 邊 框 居 然 造 成 玻 璃 增 強 抗 壓 的 效 果 最 好, 約 增 加 玻 璃 抗 壓 力 33kpa 我 們 推 測 可 能 因 為 玻 璃 是 由 中 間 點 向 外 破 裂 的, 當 破 裂 的 力 量 傳 到 玻 璃 四 邊 時, 已 經 減 弱 許 多 了, 若 這 時 玻 璃 的 四 邊 又 被 膠 帶 貼 住, 相 較 之 下, 膠 帶 就 較 能 抵 抗 這 已 經 減 弱 的 力 量, 玻 璃 也 就 較 難 爆 破, 所 以 增 強 抗 壓 的 效 果 最 顯 著 雖 然 實 驗 結 果 說 明 了 貼 邊 框 會 增 強 玻 璃 的 抗 壓 力, 但 造 成 增 強 抗 壓 的 效 果 較 佳 的 原 因 是 否 真 如 我 們 所 推 測 的 : 膠 帶 抵 抗 了 傳 到 玻 璃 四 邊 時 已 經 減 弱 的 破 裂 力 量? 所 以 我 們 仿 效 貼 邊 框 的 方 法, 以 每 次 3cm 往 內 縮, 做 了 口 字 型 距 邊 3cm 口 字 型 距 邊 6cm 口 字 型 距 邊 9cm 三 種 貼 法, 藉 以 確 認 造 成 貼 邊 框 具 有 較 強 抗 壓 力 的 真 正 原 因 由 實 驗 結 果 可 知, 貼 這 三 種 往 內 縮 的 口 字 型 時 所 產 生 的 抗 壓 力 增 強 效 果 明 顯 地 比 貼 邊 框 時 來 得 小, 約 僅 增 加 玻 璃 抗 壓 力 9~14kpa 我 們 認 為 這 三 種 字 型 的 貼 法 雖 然 類 似 貼 邊 框 時 圍 成 一 個 框, 但 這 些 框 離 玻 璃 破 裂 處 中 間 較 近, 因 此 破 裂 力 量 傳 到 貼 膠 帶 處 時 尚 未 明 顯 減 弱, 膠 帶 難 以 承 受 此 力 量, 增 強 玻 璃 抗 壓 的 效 果 也 就 較 差 了 此 外, 這 三 種 貼 法 沒 貼 到 玻 璃 的 中 間, 也 沒 貼 到 邊 框, 所 造 成 抗 壓 力 增 強 效 果 明 顯 地 比 其 他 貼 法 來 得 小, 正 可 驗 證 我 們 之 前 的 探 討 結 果 : 膠 帶 貼 住 到 玻 璃 的 中 間 或 是 邊 框 時, 都 會 明 顯 地 使 玻 璃 增 強 抗 壓 力 而 三 者 相 較 之 下, 又 以 口 字 型 距 邊 9cm 的 抗 壓 力 最 強, 我 們 認 為 這 是 因 為 貼 口 字 型 距 邊 9cm 時, 膠 帶 位 置 已 很 接 近 玻 璃 中 間 了, 而 正 如 我 們 上 方 所 探 討 的 結 果, 保 護 住 玻 璃 的 中 間 就 能 增 加 玻 璃 的 抗 壓 力, 故 抗 壓 效 果 較 另 二 者 強 若 真 如 我 們 的 探 討 結 果 : 玻 璃 貼 膠 帶 後 的 抗 壓 力 與 膠 帶 是 否 有 拉 到 玻 璃 四 周, 有 著 很 大 的 關 聯, 那 麼 將 口 字 型 距 邊 6cm 的 貼 法 向 外 延 伸, 拉 長 膠 帶 到 玻 璃 的 邊 框 所 形 成 的 井 字 型 貼 法, 抗 壓 效 果 應 該 更 強 由 實 驗 結 果 發 現, 井 字 型 的 抗 壓 力 確 實 是 比 口 字 型 距 邊 6cm 還 大, 約 大 了 10kpa 我 們 最 後 的 結 論 是, 玻 璃 有 貼 上 膠 帶 的 抗 壓 效 果 確 實 是 比 完 全 沒 貼 膠 帶 時 來 的 好 ( 但 貼 四 條 並 不 會 比 貼 兩 條 好 ), 當 膠 帶 貼 到 玻 璃 的 中 間 或 是 邊 框 時, 都 會 明 顯 地 使 玻 璃 有 較 強 的 抗 壓 力, 而 貼 邊 框 的 效 果 又 比 貼 中 間 好, 所 以, 玻 璃 貼 上 膠 帶 不 僅 是 方 便 清 理, 它 確 實 有 增 加 玻 璃 抗 壓 的 能 力 14

三 玻 璃 貼 上 不 同 材 質 膠 帶 的 抗 壓 性 在 做 過 各 種 不 同 的 貼 法 後, 我 們 確 定 了 貼 膠 帶 確 實 可 增 加 玻 璃 的 抗 壓 力, 但 貼 上 何 種 材 質 的 膠 帶 才 有 最 好 的 效 果, 我 們 則 無 法 確 定, 因 此 我 們 拿 了 市 面 上 常 看 到 的 三 種 不 同 材 質 的 膠 帶 : 布 紋 封 箱 膠 帶 透 明 膠 帶 紙 封 箱 膠 帶, 且 同 時 貼 上 X 字 型 來 實 驗 何 種 材 質 對 增 加 玻 璃 的 抗 壓 效 果 最 好 從 實 驗 結 果 可 清 楚 的 發 現, 造 成 玻 璃 的 抗 壓 力 增 強 效 果 由 大 到 小 依 序 為 布 紋 封 箱 膠 帶 透 明 膠 帶 紙 封 箱 膠 帶 我 們 推 測 造 成 此 結 果 的 原 因 與 膠 帶 的 彈 性 有 關, 這 三 種 膠 帶 在 彈 性 的 比 較 上 由 大 到 小 依 序 也 是 布 紋 封 箱 膠 帶 透 明 膠 帶 紙 封 箱 膠 帶, 膠 帶 彈 性 和 玻 璃 抗 壓 力 增 強 效 果 的 排 序 是 完 全 相 同 的 所 以 貼 上 不 同 材 質 的 膠 帶 也 會 有 造 成 不 同 的 增 強 效 果, 且 以 彈 性 最 好 的 布 紋 封 箱 膠 帶 的 效 果 最 好 四 誤 差 的 探 討 1. 因 壓 力 計 和 加 壓 箱 間 有 一 段 距 離, 當 空 氣 通 過 壓 力 計 時, 空 氣 有 可 能 還 未 到 達 加 壓 箱, 因 此 我 們 測 量 到 的 未 必 與 加 壓 箱 內 的 一 致, 加 壓 箱 的 壓 力 有 可 能 會 比 壓 力 計 的 數 值 小 為 了 避 免 此 誤 差, 在 扳 動 加 壓 把 手 時 要 慢 一 點, 以 減 少 壓 力 計 的 數 值 和 加 壓 箱 內 的 差 異 2. 在 實 驗 的 過 程 中, 發 現 若 我 們 沒 有 確 實 地 將 膠 帶 緊 貼 在 玻 璃 上, 貼 膠 帶 後 的 玻 璃 抗 壓 力 會 和 沒 貼 膠 帶 時 差 不 多, 這 可 能 是 因 為 當 膠 帶 沒 有 確 實 貼 緊 時, 那 膠 帶 幾 乎 沒 拉 住 玻 璃, 也 就 不 會 增 加 玻 璃 的 抗 壓 力 後 來, 我 們 在 貼 膠 帶 時 一 定 會 盡 量 將 膠 帶 壓 緊, 但 畢 竟 每 次 貼 膠 帶 時 的 力 量 不 會 完 全 相 同, 可 能 仍 會 有 些 許 誤 差 3. 每 一 片 玻 璃 在 製 作 時 都 不 會 完 全 相 同, 所 以 每 一 片 玻 璃 的 抗 壓 性 當 然 也 難 免 會 有 些 不 同, 這 是 無 法 避 免 的, 因 此 我 們 多 做 幾 次 來 取 平 均 值 4. 搬 運 我 們 實 驗 所 需 的 玻 璃 時, 由 於 數 量 較 多, 不 好 搬 運, 所 以 在 我 們 搬 玻 璃 的 過 程 中 難 免 有 些 微 的 碰 撞, 可 能 已 經 產 生 了 一 點 點 小 裂 痕 而 我 們 卻 不 知 道, 這 會 使 我 們 所 得 的 數 據 偏 小 5. 加 壓 箱 鏤 空 面 比 玻 璃 大 了 一 些, 將 玻 璃 放 入 後, 玻 璃 邊 緣 與 加 壓 箱 內 緣 間 還 有 些 距 離, 若 放 玻 璃 時 沒 將 玻 璃 放 在 框 架 正 中 間, 會 造 成 玻 璃 各 邊 受 到 框 架 支 撐 的 情 形 不 同, 較 遠 離 加 壓 箱 內 緣 的 那 一 邊 就 會 產 生 空 隙, 因 此 氣 體 會 不 斷 從 空 隙 間 跑 出, 產 生 漏 氣 的 情 況, 玻 璃 也 因 此 較 不 易 破 裂, 所 得 到 的 也 就 會 不 同, 為 了 避 免 此 情 形, 在 放 玻 璃 時 要 盡 可 能 的 放 在 中 間, 以 減 少 誤 差 15

二 實 驗 中 其 它 的 發 現 一 從 我 們 拍 攝 的 影 片 中, 我 們 發 現 玻 璃 破 裂 前 後 的 灌 氣 聲 似 乎 不 同, 因 此 我 們 在 保 持 安 全 距 離 下 到 實 驗 室 外 觀 察, 發 現 剛 開 始 灌 氣 時, 我 們 會 聽 到 空 氣 持 續 洩 氣 的 聲 音, 經 過 一 段 時 間 後, 那 洩 氣 聲 變 得 較 小, 感 覺 起 來 變 得 悶 悶 的, 當 聲 音 發 生 轉 變 後 數 秒 約 5 秒, 玻 璃 便 破 裂 了 我 們 推 測 這 與 玻 璃 和 加 壓 箱 框 架 間 的 縫 隙 有 關, 雖 然 加 壓 箱 是 我 們 根 據 實 驗 所 需 而 訂 做 的, 且 在 框 架 內 側 貼 上 泡 棉, 但 玻 璃 和 加 壓 箱 框 架 間 難 免 會 有 空 隙 在 灌 入 空 氣 後, 因 加 壓 箱 內 的 空 氣 壓 力 還 未 能 將 玻 璃 緊 扣 在 框 架 上, 所 以 空 氣 會 從 兩 者 間 的 空 隙 往 外 洩 出, 這 就 是 我 們 所 聽 到 的 洩 氣 聲, 而 隨 著 空 氣 持 續 灌 入, 加 壓 箱 內 的 壓 力 已 大 到 能 將 玻 璃 緊 扣 在 框 架 上 時, 玻 璃 和 框 架 間 無 空 隙 可 讓 空 氣 往 外 洩 出, 聲 音 也 就 會 轉 變 成 悶 悶 的, 最 後 加 壓 箱 內 的 空 氣 壓 力 持 續 增 加, 當 玻 璃 無 法 承 受 時 便 破 裂 了 二 我 們 發 現 無 論 玻 璃 正 中 間 有 無 貼 上 膠 帶, 爆 破 後 玻 璃 中 間 區 域 的 碎 片 都 相 當 的 碎, 四 周 的 碎 片 則 較 大 圖 十, 我 們 認 為 這 是 因 為 玻 璃 是 從 中 間 往 外 破 裂 的, 因 此 中 間 區 域 的 裂 痕 會 較 密 集, 玻 璃 碎 片 也 相 對 的 較 碎 但 是, 我 們 發 現 不 同 膠 帶 貼 法 的 玻 璃 爆 破 後, 玻 璃 四 周 的 碎 片 大 小 略 有 不 同, 大 部 分 的 玻 璃 爆 破 後, 四 周 的 碎 片 以 大 片 的 居 多, 而 貼 井 字 型 膠 帶 的 玻 璃 爆 破 後 的 碎 片 卻 非 常 細 小, 幾 乎 變 成 粉 末 圖 十 玻 璃 碎 片 的 情 形 左 圖 為 玻 璃 中 間 區 域 的 碎 片, 右 圖 為 玻 璃 四 周 的 碎 片 三 我 們 發 現 貼 上 不 同 材 質 膠 帶 的 玻 璃 爆 破 後, 膠 帶 斷 裂 的 情 形 會 不 同 實 驗 中 我 們 統 一 使 用 X 字 型 的 貼 法, 貼 上 布 紋 封 箱 膠 帶 透 明 膠 帶 的 玻 璃 爆 破 後, 膠 帶 都 斷 裂 成 一 片 一 片 的, 而 貼 上 紙 封 箱 膠 帶 的 玻 璃 爆 破 後, 膠 帶 常 原 封 不 動 地 彈 出, 保 持 完 整 16

的 X 字 型 圖 十 一, 這 可 能 與 膠 帶 的 彈 性 黏 著 力 厚 度 等 有 關 圖 十 一 紙 封 箱 膠 帶 原 封 不 動 地 彈 出 的 情 形 四 我 們 曾 因 玻 璃 數 量 不 夠, 而 自 行 將 原 本 訂 的 大 玻 璃 切 成 我 們 實 驗 所 需 的 小 玻 璃, 但 在 人 工 切 割 下 難 免 有 誤 差, 當 玻 璃 一 邊 的 長 度 略 大 0.2~0.3cm 時, 居 然 造 成 實 驗 數 據 明 顯 變 大 許 多, 甚 至 多 了 30kpa, 發 現 後 馬 上 改 善, 數 據 即 回 復 正 常 我 們 認 為 這 是 在 使 用 相 同 框 架 下, 當 玻 璃 越 大 片, 框 架 支 撐 玻 璃 的 面 積 相 對 地 變 多, 玻 璃 的 抗 壓 力 也 因 而 增 強 五 有 時 壓 力 計 的 數 值 已 非 常 大 了, 但 玻 璃 仍 然 不 破, 當 我 們 將 玻 璃 拿 下 來 檢 查 時, 常 可 發 現 有 玻 璃 碎 片 卡 在 加 壓 箱 的 框 架 上, 而 清 除 碎 片 後 即 可 順 利 爆 破 我 們 推 測 這 是 因 為 上 一 片 的 玻 璃 爆 破 後 未 將 玻 璃 碎 片 清 理 乾 淨 就 放 入 新 的 玻 璃, 玻 璃 和 加 壓 箱 框 架 間 因 碎 片 而 產 生 空 隙, 造 成 漏 氣 的 情 況 較 嚴 重, 所 以 即 使 壓 力 計 的 數 值 已 非 常 大, 但 在 加 壓 箱 這 一 端 的 空 氣 卻 一 直 大 量 地 漏 掉, 加 壓 箱 內 外 的 壓 力 差 不 夠 大, 使 得 玻 璃 不 易 爆 破 所 以 玻 璃 爆 破 後, 一 定 要 將 玻 璃 的 碎 片 清 理 乾 淨 六 實 驗 中, 我 們 曾 將 黏 貼 過 玻 璃 的 膠 帶 撕 下 重 貼, 爆 破 後 發 現 此 時 造 成 玻 璃 抗 壓 力 增 強 的 效 果 就 會 較 差 我 們 認 為 這 是 因 為 黏 貼 過 的 膠 帶 黏 性 降 低 了, 增 強 玻 璃 抗 壓 力 的 效 果 也 因 而 減 少 了 為 了 避 免 此 情 況 影 響 實 驗 結 果, 當 膠 帶 貼 上 後 發 現 沒 貼 好 時, 我 們 會 撕 下 並 重 新 貼 上 新 膠 帶 17

三 生 活 中 的 應 用 一 爲 了 探 討 玻 璃 在 何 種 強 度 的 風 吹 襲 下 即 破 裂, 將 我 們 實 驗 的 結 果 和 風 的 強 度 做 一 比 較 因 而 從 網 路 上 查 了 風 級 風 速 和 風 壓 換 算 的 資 料, 再 和 中 央 氣 象 局 依 據 颱 風 近 中 心 平 均 風 速 的 分 級 做 比 較, 結 果 如 表 三 所 示 但 因 查 詢 到 的 風 壓 單 位 和 我 們 實 驗 所 使 用 的 壓 力 單 位 不 同, 因 此 我 們 換 算 實 驗 結 果 的 單 位, 如 表 四 所 示 表 三 風 級 風 速 與 風 壓 及 對 應 的 颱 風 強 度 風 級 風 速 m/s) 風 壓 kgw/m 2 颱 風 強 度 0 0. 至 0.2 0 1 0.3 至 1.5 小 於 1 2 1.6 至 3.3 1 3 3.4 至 5.4 1 至 3 4 5.5 至 7.9 3 至 7 5 8.0 至 10.7 7 至 14 6 10.8 至 13.8 14 至 23 7 13.9 至 17.1 23 至 35 8 17.2 至 20.7 35 至 52 9 20.8 至 24.4 52 至 72 10 24.5 至 28.4 72 至 97 輕 度 颱 風 11 28.5 至 32.6 97 至 128 12 32.7 至 36.9 128 至 164 13 37.0 至 41.4 164 至 206 14 41.5 至 46.1 206 至 256 中 度 颱 風 15 46.2 至 50.9 256 至 312 16 51.0 至 56.0 312 至 377 17 56.1 至 61.2 377 至 449 強 烈 颱 風 大 於 17 大 於 61.2 大 於 449 註 : 本 表 所 列 風 速 是 指 10 分 鐘 內 平 均 風 速 18

表 四 實 驗 數 據 換 算 單 位 後 的 結 果 膠 帶 貼 法 壓 力 差 風 壓 kgw/m 2 沒 貼 108.5 11071.4 中 間 雙 層 125.9 12846.9 X 字 型 131.1 13377.6 十 字 型 132.9 13561.2 米 字 型 128.8 13142.9 井 字 型 128.9 13153.1 口 字 型 邊 框 141.0 14387.8 口 字 型 距 邊 三 公 分 116.9 11928.6 口 字 型 距 邊 六 公 分 118.9 12132.7 口 字 型 距 邊 九 公 分 122.6 12510.2 我 們 將 表 四 的 結 果 對 照 表 三 後, 發 現 其 實 我 們 實 驗 的 玻 璃 不 貼 膠 帶 時 就 已 足 夠 抵 擋 十 七 級 的 強 風 吹 襲, 且 差 距 非 常 大, 而 我 們 從 網 路 上 搜 尋 到 台 灣 目 前 所 經 歷 過 最 強 的 颱 風, 是 發 生 在 1959 年 的 瓊 安 颱 風, 它 的 中 心 氣 壓 885 百 帕, 近 中 心 最 大 風 速 為 80 公 尺 / 秒, 此 強 度 已 超 過 十 七 級 強 風, 經 由 我 們 換 算 成 風 壓 後 ( 約 765.7kpa), 發 現 就 我 們 實 驗 的 玻 璃 而 言, 就 算 沒 貼 膠 帶 也 能 夠 承 受 此 風 壓, 那 更 別 說 是 有 貼 膠 帶 的 玻 璃, 它 所 能 夠 承 受 的 壓 力 是 更 強 的, 要 使 它 被 風 吹 破 的 可 能 性 實 在 是 不 大, 因 此 膠 帶 是 否 有 貼 並 不 會 造 成 很 大 的 影 響 對 應 網 路 上 及 台 灣 玻 璃 工 業 公 司 人 員 的 說 法, 許 多 人 認 為 貼 上 膠 帶 對 於 抵 抗 風 壓 是 沒 有 多 大 用 處 的, 只 是 可 以 在 清 理 上 比 較 方 便 而 已, 但 根 據 我 們 實 驗 的 數 據 顯 示, 貼 上 膠 帶 的 確 能 增 加 玻 璃 的 抗 壓 性, 只 是 對 於 我 們 想 使 玻 璃 抵 抗 風 壓 的 目 的 並 不 是 那 麼 地 必 要, 或 許 正 因 如 此 而 造 成 他 們 認 為 貼 膠 帶 只 是 為 了 方 便 清 掃 而 已 而 之 前 美 侖 大 飯 店 的 玻 璃 因 海 棠 颱 風 的 強 風 而 破 裂, 造 成 這 玻 璃 破 裂 的 原 因 不 太 可 能 是 強 風 本 身 的 風 壓, 而 較 可 能 是 因 強 風 吹 起 的 小 石 子 或 樹 枝 等 異 物 的 敲 擊 所 致 二 我 們 實 驗 的 玻 璃 與 一 般 的 家 用 或 商 店 玻 璃 在 大 小 形 狀 厚 度 和 材 質 並 不 相 同, 所 以 對 於 一 般 玻 璃 而 言, 不 會 有 相 同 的 結 果 1. 大 小 : 我 們 實 驗 的 框 架 內 緣 邊 長 25cm 玻 璃 邊 長 29cm, 若 使 用 的 是 較 大 的 框 架 及 玻 璃, 則 框 架 與 玻 璃 中 心 點 距 離 較 遠, 在 相 同 壓 力 下 玻 璃 的 變 形 程 度 會 較 明 顯, 因 19

此 會 較 容 易 破 裂 此 外, 如 我 們 討 論 中 所 述, 若 框 架 支 撐 玻 璃 的 面 積 越 大, 則 玻 璃 的 抗 壓 性 會 越 好 2. 形 狀 : 我 們 使 用 的 玻 璃 是 正 方 形, 當 膠 帶 貼 住 到 玻 璃 的 中 間 或 是 邊 框 時, 都 會 使 玻 璃 有 較 強 的 抗 壓 力, 但 若 換 成 其 他 形 狀 的 玻 璃, 則 結 果 不 一 定 會 是 如 此 3. 厚 度 : 我 們 使 用 的 是 厚 0.3cm 的 玻 璃, 但 一 般 的 玻 璃 以 厚 0.5cm 為 主, 厚 度 越 厚 的 玻 璃, 抗 壓 性 應 該 越 好 由 上 述 討 論 可 知 要 讓 厚 度 只 有 0.3cm 的 玻 璃 被 風 吹 破 已 經 很 困 難 了, 更 何 況 是 厚 度 0.5cm 的 玻 璃 此 外, 玻 璃 厚 度 越 厚, 膠 帶 造 成 玻 璃 抗 壓 性 增 加 的 情 形 未 必 會 這 麼 明 顯 4. 材 質 : 從 網 路 上 的 資 料 搜 尋 得 到, 現 在 居 家 或 是 商 店 為 了 安 全 上 的 考 量, 大 型 的 玻 璃 大 多 會 用 安 全 玻 璃, 而 就 相 同 厚 度 0.5cm 的 玻 璃 而 言, 水 平 強 化 安 全 玻 璃 的 耐 壓 耐 衝 擊 強 度 約 為 普 通 玻 璃 的 3~5 倍 由 實 驗 結 果 可 知, 我 們 所 使 用 的 普 通 玻 璃 足 以 抵 擋 十 七 級 的 強 風, 更 何 況 是 比 普 通 玻 璃 耐 壓 耐 衝 擊 度 強 上 3~5 倍 的 強 化 安 全 玻 璃 20

柒 結 論 一 四 周 有 框 架 支 撐 的 正 方 形 玻 璃 在 加 壓 下 爆 裂 時, 會 從 中 心 附 近 的 一 點 向 外 破 裂 二 玻 璃 貼 上 膠 帶 後 的 抗 壓 效 果 確 實 是 比 完 全 沒 貼 膠 帶 時 來 的 好, 貼 上 膠 帶 不 僅 是 方 便 清 理, 它 確 實 有 增 加 玻 璃 抗 壓 的 能 力 三 不 同 貼 法 的 膠 帶 對 玻 璃 抗 壓 性 增 強 的 效 果 會 不 同 當 膠 帶 貼 住 到 玻 璃 的 中 間 或 是 邊 框 時, 都 會 使 玻 璃 有 較 強 的 抗 壓 力, 而 貼 邊 框 的 效 果 又 比 貼 中 間 好 四 不 同 材 質 的 膠 帶 對 玻 璃 抗 壓 性 增 強 的 效 果 會 不 同 彈 性 越 好 的 膠 帶, 效 果 越 好 因 此, 以 彈 性 最 佳 的 布 紋 封 箱 膠 帶 所 產 生 的 抗 壓 性 最 強 五 將 實 驗 後 的 數 據 對 照 風 級 風 速 風 壓 後, 發 現 就 我 們 實 驗 的 玻 璃 而 言, 當 玻 璃 完 全 沒 貼 膠 帶 時 的 抗 壓 力 已 遠 比 十 七 級 強 風 的 風 壓 還 來 的 大, 即 使 是 台 灣 歷 年 來 最 強 的 颱 風 所 造 成 的 風 壓, 還 不 及 玻 璃 完 全 沒 貼 膠 帶 的 抗 壓 力, 更 別 說 是 玻 璃 貼 上 膠 帶 了, 因 此 才 會 造 成 多 數 人 認 為 貼 上 膠 帶 是 無 效 的 觀 念 玻 璃 的 破 裂 較 不 可 能 是 風 本 身 的 風 壓 所 致, 較 可 能 是 被 風 所 吹 起 的 異 物 所 擊 破 的 21

捌 參 考 資 料 一 林 明 瑞 等 人 普 通 高 級 中 學 基 礎 物 理 全 一 冊 ( 台 南 市 : 南 一, 民 95) 二 林 明 瑞 等 人 普 通 高 級 中 學 物 質 物 理 上 下 冊 ( 台 南 市 : 南 一, 民 95) 三 范 光 榮 等 人 普 通 高 級 中 學 基 礎 地 球 科 學 全 一 冊 ( 台 北 市 : 三 民, 民 95) 四 中 央 氣 象 局 網 站 http://www.cwb.gov.tw/ 22