科學素養練功房：工程打造酷世界

面對未來最重要的科學能力，就從觀察生活開始養成
★科學素養最佳入門書
★跨領域學習最優讀物

★全系列三大特色：
1. 基本功從生活練起：以生活中有趣的現象、事物或科學故事出發，引發好奇心與觀察力
2. 十八般武藝樣樣懂：「STEM廣場」單元，將科學與人文社會結合，學會跨領域活用
3. 任督二脈這樣打通：打造堅實科學基礎，啟發孩子創意，培養最受用的問題解決能力

「科學素養練功房」系列一套四本，針對未來最重要的領域：科學(S)、科技(T)、工程(E)、數學(M)，分門做深入的探討，培養科學素養核心能力，打造頂尖數理腦。

土木工程日新月異，人類靠著工程智慧，打造舒適、安全的生活。本書分成四個大單元:土木工程、環境工程與能源、機械與應用工程、航太工程。從摩天大樓、橋是怎麼蓋的?城市的地下管線是什麼模樣?各種交通工具:汽車、火車的工程原理是什麼?人類飛進太空的智慧工程:人造衛星、火箭、國際太空站大解析。
喜歡機械、工程的孩子一定能從中得到最基礎、最有趣的工程知識。

書中特別設計「STEM廣場」單元，將科工程與藝術、工程與歷史、工程與人文、工程與地理......延伸學習，為孩子架構最完整的知識系統，並能跨領域活用，讓知識轉變成具體的實踐。

水庫怎麼蓋？
為什麼要有下水道？
橋是怎麼蓋的？為什麼不會垮下來？
掃地機器人好神奇，為什麼會轉彎？
人造衛星是怎麼飛上太空的？
…
舒適生活靠工程，
用問問題，去認識多變的工程世界。
去找答案，探索有趣的工程知識。
動手解決難題，讓知識成為你帶得走的能力與智慧！
開啟本書，就開啟了你的理工基礎知識。

▲本套書特色：
1. 完整的知識體系與思考架構。
2. 強化溝通、連結與創意。
3. 培養解決問題的能力。

《未來少年》《未來兒童》編輯群
《未來少年》《未來兒童》是深受小學生歡迎的綜合性兒童雜誌。這裡集合了一群各個身懷絕技的編輯們，他們最喜歡做的事，就是把深奧的知識用創意表現出來，讓小朋友一看就懂。他們最大的成就感，就是小讀者因為看了他們的努力而愛上科學，發現學習科學一點也不費力！

一 、土木工程酷世界
把砂石攔下來
到山裡蓋水庫
造橋，真是不簡單
各式各樣的橋
STEM 廣場
直竄天際的摩天大樓
STEM 廣場

二、環境工程與能源
下水道工程，把汙水變乾淨
地底下的管線世界
STEM 廣場
會吸水的海綿城市
STEM 廣
場搶救山坡地
STEM 廣場
綠建築─用創意愛地球
STEM 廣場
各式各樣的能源
STEM 廣場

三、機械與應用工程
快速又便利的汽車
在鋼軌上奔馳
STEM 廣場
掃地機器人
微波爐噹一下
聲音機器，如雷貫耳
STEM 廣場
照亮人間的燈
STEM 廣場
奇幻繽紛的高空煙火
STEM 廣場
有聲有色的電影
STEM 廣場

四、航太工程
國際太空站
STEM 廣場
繞著地球轉的太空垃圾
搭電梯上太空
未來的超炫火箭

【內文試閱】
到山裡蓋水庫
「這裡不錯！山谷的大小剛好，而且還是岩盤，地質穩固。」水利專家在山裡勘查地形，準備蓋水庫。
先前，他們收集了用水地區的雨量資料，也評估了未來七十年的發展，包括會有多少工廠、人口，以及需要多少水。「等一等，為什麼是七十年？」因為水庫的壽命至少是七十年，它必須在設計時就符合需求。這些資料齊全了，就會知道水庫要蓋多大。
蓋水庫是大工程，最好能善用自然地形。山谷凹凹的，兩邊有山，河水從山上流下來，只要築一個擋水牆，就能把河水攔住，留存起來。更重要是雨水，從上游開始，一路延伸到周邊，凡是雨水能匯集的區域，都是集水區，範圍非常大！
經過蓄積、漫淹，漸漸的，山谷成了山裡的大水缸，儲存了好多好多水―這就是水庫的概念。

天然岩盤+工程補強
水庫蓋在山裡，除了善用地形，也因為山裡的水乾淨。還有，要用水時，正好利用「水往低處流」的自然現象，讓水順著山勢，由高往下，輸送到平地。
水庫不只是一道擋水牆，還需要取水塔、溢洪道、淨水池⋯⋯等設施，兩邊的山壁和谷底也要補強。比方說，岩層裡有不穩固的碎石和沙子，必須清除，然後灌上強固的混凝土。
精選岩盤地質，加上工程補強，水庫不但不漏水，更能支撐龐大的水量。山裡的大水缸，是不是很聰明？

直竄天際的摩天大樓
你能想像一棟「像山一樣高」的房子嗎？杜拜的哈里發塔，足足有163層，高度超過 800 公尺，比一座小山還高。從大樓底下往上看，高聳入雲的氣勢，令人震懾。
摩天大樓之所以能夠興建，多虧了「鋼材」這種革命性建材。比起傳統的鐵、石塊或磚，鋼材更加堅固，卻又更輕盈，得以支撐龐然大物，而且不會沉重得上層壓垮下層。
另一個關鍵性發明，則是電梯。想想看， 如果你住在五十樓，出門上下樓只能一步步走樓梯，住摩天大樓宛如住在高山上。這樣的摩天大樓即使再豪華氣派，恐怕也沒有人要住。光有電梯還不夠，電梯的速度、數量和配置也很重要。

紓解人潮有一套
一棟百層的摩天大樓，每天可能有成千上萬人出入。要應付這麼多人上下樓，不可能只有一部電梯。台北101就裝設了44部電梯；美國帝國大廈的電梯則多達 73 部，如此才能紓解人潮。
另外，電梯的停靠也要精算，不能每層樓都停。否則，從一樓搭到一百樓可能得花半小時以上。實際的做法是這樣：電梯分組運作，不同組的電梯停靠不同樓層。當然，電梯升降速度也要加快，例如時速超過 60 公里時，從一樓到九十樓只需 39 秒！

地震和強風
居高臨下的摩天大樓會遇到兩大問題：強風和地震。高處的風勢強勁，讓建築經常處於輕微搖晃的狀態。因此，摩天大樓的窗戶通常都設計成無法開啟，避免強風吹入，把室內的東西吹得亂七八糟。
為了降低強風襲擊大樓的巨大壓力，有些大樓的表面會設計成圓形或弧形，或是在建築中間開一個大洞，讓風能夠輕易通過。
至於「地震」這個摧毀房屋的頭號敵人，摩天大樓也有策略，是採用「以柔克剛」的柔性構造。儘管地震時，建築本身會緩慢而明顯的搖動，但地震的能量會在搖晃過程中被吸收，讓建築物不致因強大的力量而毀壞。

垂直的城市
目前世界最高的摩天大樓，是位於杜拜的哈里發塔，未來應該還會出現更高的。
其實，樓高數十層的摩天大樓已經不是一棟建築，而是一座小型的「垂直城市」。大樓裡面不只有住宅，還規劃了商場、電影院、餐廳、健身房等各種生活所需的設施，甚至還有休閒散步的空中花園，以及直升機停機坪。
未來，摩天大樓可能會成為城市的主流嗎？讓我們拭目以待。

會吸水的海綿城市
一會兒淹水、一會兒缺水，受到地球暖化影響，原本極端的氣候漸漸變成了常態。許多地方要不就是久久不下雨，鬧起旱災，一旦下雨竟是嘩啦嘩啦豪雨成災。城市究竟該如何解決缺水、淹水問題呢？
過去，我們把能夠蓄水的土壤、天然沼澤和水塘，變成不透水的柏油路和建築物。難怪一遇上豪雨，城市容易淹水成災。
「找個地方蓄接雨水吧！」現代化的城市，道路地面要能透水，讓雨水滲進地下留存，就像超大的蓄水池。

吸水、保水的「水銀行」
再看公園、停車場和運動休閒場所，地面刻意設計得微凹，像個淺淺的碗，大雨來時能幫忙蓄水，避免附近淹水。
另外，城市還會規劃水溝、池塘、溼地和人工湖，好讓水有地方可去。河川兩邊的土地也必須設計得寬敞些，使雨水漫流，目的除了避免淹水，更是設法讓雨水在地上停留得久一點，供我們使用，例如拿來澆花、清洗。
這種現代化城市就像海綿一樣，能吸水、保水，如同「水銀行」。國家有了許多水銀行，水資源就會顯得充裕。

哇，沙漠變綠洲！
海綿城市還有另一個好處：調節當地氣候。
夏天站在湖邊，是不是感覺涼爽？這是因為湖水能吸收熱氣，使水蒸發，空氣中因此充滿水汽。如果環境有水，不僅吸收熱氣，水汽聚集時，也容易降雨，當地的水循環是暢通、健康的，環境因此舒適宜人。除了吸水、保水，水的循環再使用也很重要。不管家庭廢水或工業廢水，都可以透過淨化，變成乾淨水，拿來清潔、沖洗，或者引進池塘、溼地，當作生態用水。過去的城市有如「水泥沙漠」，雨水留不住，城市又乾又渴。現在則要創造「海綿綠洲」，讓整個城市有水、有綠意。