生活中無所不在的科學：解答日常的疑惑

無論你是大人、小孩、或是文科生，
都能透過解答日常生活的疑問、
了解科學的原理！

說到「科學」，很多人腦中會瞬間冒出許許多多的化學公式或者物理理論，覺得艱澀難懂，便瞬間放棄了理解科學。但其實科學就在你我身活周遭，不管小至我們手上的手機，大到冰箱甚至隱形戰機，都是科學一點一滴的結晶！
我們的日常生活中到處都充滿科學，但是，請放心。其實並不需要那些難懂的理論和公式，也能理解我們周遭的科學技術和自然現象。不論是電還是電子，都是人類意外地可以用直覺理解，直接套用在日常現象上的東西。
本書中，我們將列舉那些日常生活中最常產生的「為什麼？」，運用最簡單易懂的科學知識和大量圖表，以最淺顯的方式解答這些疑問。只要從頭到尾讀過一遍，以後即使被孩子們問到「為什麼」，你也能用孩子們馬上就能理解的方式解答他們的疑惑。

第1章 日常家電的科學
第2章 家裡面的科學
第3章 交通工具、戶外的科學
第4章 高科技背後的科學
第5章 人體和疾病的科學
第6章 大自然和宇宙的科學

監修
川村 康文

東京理科大學理學部第一部物理學科教授。
1959年生於京都府京都市。於高中執教物理20年後，取得京都大學博士（能源科學）學位。歷經信州大學教育學部助理教授、東京理科大學理學部第一部物理學科助理教授、副教授，現任正教授。專長為物理教育和科學溝通。
經歷2011年3月11日的東日本大地震後發起了「連心企劃（つながる思いプロジェクト）」，前往災區興辦科學實驗教室，支援災後復興的工作。因在演講時必定會演唱自己作詞作曲的「心連心（つながる思い）」加油歌，而被譽為「會唱歌的大學教授」。
著有「世界一わかりやすい物理学入門（世界最好懂的物理學入門）」（講談社）、「理科教育法 独創力を伸ばす理科授業（理科教育法 提升獨創力的理科教育）」（講談社）、「楽しく学べる理科の実験‧工作（快樂學習的理科實驗和工作）」（エネルギーフォーラム）等作。另曾出演並擔任「NHK高校講座 ベーシックサイエンス（NHK高中講座 基礎科學）」（NHK Eテレ）的節目監修，以及「Sweet Answer」（NHK Eテレ）的理科實驗監修和來賓等。

前言

每天早上起床，你做的第一件事是什麼呢？打開電視，一邊看新聞一邊滑手機確認天氣？還是從冰箱拿出食材一邊準備早餐，一邊把衣服丟進洗衣機？即使是在這短短幾十分鐘的活動中，我們也在不自覺之下運用著科學的力量。
無論電視、電鍋、還是洗衣機，我們家中的電器用品，都是科學技術堆積而成的產物。我們之所以能預測天氣，洗衣精之所以能洗去汙垢，也都是因為科學的力量。不只如此，食物放在冰箱不容易腐壞的原因，還有人類在早上會自然醒來的現象，也都能用科學解釋。我們的日常生活中到處都充滿科學。
不過，你對這些日常生活中的科學原理，又有多少了解呢？「手機是如何互相通話的？」、「飛機為什麼能在天上飛？」，相信很多人心底都曾突然冒出這些疑問，然後上網尋找解答，卻只查到一堆難懂的理論和公式，感嘆「文組的我大概永遠也無法理解吧……」而直接放棄。
但是，請放心。其實並不需要那些難懂的理論和公式，也能理解我們周遭的科學技術和自然現象。不論是電還是電子，都是人類意外地可以用直覺理解，直接套用在日常現象上的東西。
本書中，我們將列舉那些日常生活中最常產生的「為什麼？」，運用最簡單易懂的科學知識和大量圖表，以最淺顯的方式解答這些疑問。只要從頭到尾讀過一遍，以後即使被孩子們問到「為什麼」，你也能用孩子們馬上就能理解的方式解答他們的疑惑。
一旦知道了科學的原理，未來換購新家電時，你的著眼點將會截然不同，使用方式也可能完全改變。了解飛機能在天上飛的原理後，相信搭飛機時也會更放心才對。
希望看完這本書，能助你理解日常生活中的科學技術和自然現象，體會內心的「為什麼？」得到解答的樂趣。

東京理科大學理學部教授
川村 康文

前言……2

第1章 日常家電的科學
為什麼微波爐能加熱食物？……10
冰箱是如何冷藏食物的？……13
電視是如何播放影像的？……16
LED是怎麼發光的？為什麼比傳統燈泡省電呢？……19
體脂計是如何測量體內脂肪的？……22
為什麼在高氣溫時吹電風扇還是會涼呢？……25
為什麼降噪耳機可以消除噪音？……28
為什麼影印機能複製原稿？……31
為什麼插座是這個形狀？……34

第2章 家裡面的科學
為什麼洗潔精可以洗掉油垢？……38
為什麼紙尿布可以吸收水分而不外漏？……41
為什麼電磁爐不用火就能煮飯？……44
為什麼除霧鏡不會起霧？……47
為什麼金屬摸起來冰冰的？……50
為什麼可擦式原子筆的字擦得掉？……53
為什麼三秒膠「三秒」就能黏住？……56
為什麼食物會腐爛？什麼是腐爛？……59
抗菌產品的「抗菌」是什麼意思？……62

第3章 交通工具、戶外的科學
為什麼巨無霸飛機能在天上飛？……66
為什麼像鐵塊一樣笨重的遊輪能浮在水上？……69
為什麼線性馬達能用超高速行駛？……72
電動車跟燃油車有什麼不一樣？……76
為什麼電車急煞時身體會往前倒？……80
為什麼電子票卡刷一下就能用？……83
為什麼鳥站在電線上不會觸電？……86
暖暖包是怎麼發熱的？……89
煙火和其他顏色的火是怎麼產生的？……92

第4章 高科技背後的科學
手機是怎麼通話和連線的？……96
觸控螢幕是怎麼感應手指的？……100
數位相機是怎麼拍照的？……103
GPS是怎麼判斷方位的？……106
隨身碟是怎麼儲存資料的？……109
二維條碼的花紋到底紀錄了什麼？……112
臉部辨識是如何區辨人臉的？……115
隱形戰機是怎樣「隱形」的？……118

第5章 人體和疾病的科學
為什麼我們白天很有精神，但到晚上就會想睡？……122
為什麼吃冰吃太快時會頭痛？……125
為什麼被蚊子咬不會痛？……128
為什麼寒冷和害怕時會起雞皮疙瘩？……131
血型有哪幾種？……134
為什麼生病會傳染？細菌和病毒有什麼不一樣？……137
為什麼感冒藥是用吃的？……140
什麼是癌？癌症是什麼樣的病？……143
為什麼X光可以看穿人體？……146

第6章 大自然和宇宙的科學
為什麼天空是藍的？為什麼傍晚時會變紅？……150
打雷是怎麼產生的？……153
為什麼日本有梅雨？……156
為什麼海有高潮和低潮？……159
海水的鹽分是從哪裡來的？……162
為什麼日本這麼多地震？……165
為什麼月亮上總能看到兔子？……168
為什麼我們能看到幾億光年外的星星？……171

第1章 日常家電的科學

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為什麼微波爐能加熱食物？

（老師）來，吃午飯囉。你有帶便當嗎？應該已經涼掉了吧，先用微波爐熱一下再吃吧。

（理香）一下子就能加熱食物，微波爐好方便喔。可是，明明沒有用到火，為什麼微波爐還能加熱食物呢？

（老師）微波爐啊，是用一種叫微波的電波產生的摩擦熱來加熱物體的喔。電波會使食物中的水分子振動，藉以產生熱量。

微波爐是用摩擦熱來加熱食物
微波爐已是我們日常生活中不可或缺的家電之一，坊間甚至有很多能在短時間內完成的「微波食譜」。而微波爐加熱的原理，就跟冬天時我們摩擦雙手來取暖一樣。換言之，是利用摩擦熱來加溫的。
而微波爐用來摩擦生熱的「雙手」就是「電磁波」。電磁波是一種會像海浪一樣上下振動的波，可以依照波長（波峰和波谷的距離）分成不同種類。而微波爐所使用的是2.45GHz的電磁波，俗稱微波，是一種振動很快的波。其振動頻率高達1秒24億5000萬次。
微波爐就是利用微波，使食物中的水分子以超高速振動，然後用水分子的摩擦熱來加溫食物的。

水分子碰到微波就會振動
構成物質的最小粒子叫做「分子」，譬如水就是由無數的水分子集合而成的。若把水分子放到超高倍率的顯微鏡下，形狀看起來就像一個「ㄑ」形，ㄑ的兩端帶負電，而中間曲折處帶正電。
水分子平常各自為政、以沒有規律的方式隨意排列，然而一旦被微波照射，帶正電的部分和帶負電的部分就會全部轉向同一方向。而這個方向會隨微波的電磁力，以每秒24億5000萬次的速度改變，使得水分子高速振動。而這個過程中水分子會互相碰撞摩擦，產生摩擦熱。

微波爐也有無法加熱的東西
微波爐的微波是由一種名叫多腔磁控管的電子管放出的。然而，因為微波爐只有一個多腔磁控管，所以微波爐內的各個位置照射到的微波量並不均等，使得食物的加熱不均勻。因此，大多數的微波爐內都裝有轉盤。但近年也有廠商設計出可使微波呈現漫射狀態的微波爐結構，或是讓微波的發射源自己旋轉的設計，就算沒有轉盤也能均勻地加熱食物。
另外，微波爐無法加熱不含水分的物體。例如玻璃、陶瓷等容器，微波會直接穿過它們。雖然從微波爐內拿出加熱好的食物時，我們常常感覺盤子也是熱的，但那其實是食物發出的熱量傳到盤子所造成。
還有，冰塊也是不容易用微波加熱的物質。所以加熱冷凍食品時，是先從冰塊融化而成的水分開始加熱，然後才慢慢加熱到整體的。