「縱波是什麼？」一次搞懂！ 用彈簧學會波動的基本原理與地震速報的祕密
我是科學訓練師桑子研。每天都是實驗日！
柑仔店就能玩！讓學生為之瘋狂的「縱波」科學實驗！
「你聽得到聲音，但你看過聲音的『本尊』長什麼樣子嗎？」「新聞常說地震會有『P波』，它是最先抵達的小震動，但這到底是什麼波？」
在上自然課學到「波」的時候，很多人都會遇到這些疑問。沒錯，在各種波當中，最難以想像的就是「縱波」（Longitudinal wave）了。像是海浪或甩繩子時產生的「橫波」（Transverse wave），它們行進方向和振動方向是垂直的，看起來很好理解。但是，作為聲音和地震P波（初期微動）本體的「縱波」，它們的行進方向和振動方向是相同的（平行）。
即使老師解釋「空氣的粒子是前後振動的…」，學生們的頭上還是很容易冒出問號。究竟要怎麼做，才能親身體會這個「看不見的波」呢？
別擔心！其實，只要用「柑仔店」（雜貨店）或「十元商店」（或稱百元商店）就能買到的『那個』玩具，任誰都能輕鬆將縱波「視覺化」！在這篇文章中，我們將介紹一個保證能在課堂或家裡炒熱氣氛的「縱波簡易實驗」秘訣。只要花點小巧思，科學世界就會瞬間變得超級貼近你我喔！
◆ 實驗準備清單
• 史林奇彈簧（Slinky，塑膠製或金屬製）…2～3個 • 絕緣膠帶
推薦： • 塑膠製（輕巧易操作，但波動速度較快） • 金屬製（稍微重一點，波動速度慢，比較好觀察）
塑膠史林奇在柑仔店或十元商店就能買到，金屬製的可以在Amazon等地方買到。此外，Narika公司也有販售（不過是波動實驗用的螺旋彈簧，要價五千日圓）。
◆ 實驗準備與重點提示
串接2~3個史林奇 使用絕緣膠帶，將史林奇之間確實連接起來。太鬆的話波會傳遞不順暢，因此秘訣是要固定好，避免它們移位。 設置在寬敞的空間 將彈簧拉直，設置在地板或長桌上。讓幾位學生分段拿著也沒問題。
產生縱波 從其中一端，快速地將彈簧往前後方向推動、拉回，壓縮與膨脹的波就會在彈簧上傳遞。這時，彈簧會交互出現「密」（緊密）與「疏」（鬆散）的部分。這個「密」的部分「咻～～～！！」地穿過整個彈簧的樣子，就是縱波的本體！
務必觀看這個影片，瞧瞧這個波流暢地傳遞的暢快畫面。
你覺得怎麼樣呢？和橫波（上下晃動）相比，你會發現彈簧的各個部分，振動方向與波的行進方向是一致的。這種介質（傳遞波的物質）振動方向的不同，是區分波的性質的一個重要關鍵點。
◆ 縱波，就在我們身邊！
這個實驗中呈現的縱波，其實跟我們的生活有著深刻的連結。
１．地震與「P波・S波」
地震發生時，地表會同時產生並傳遞縱波和橫波。其中：
- 縱波 ＝ P波（Primary wave / 初步微動）… 傳遞速度快，造成「喀喀」的小幅搖晃。
- 橫波 ＝ S波（Secondary wave / 主要晃動）… 較慢抵達，造成「搖搖晃晃」的大幅震動。
P波（縱波）因為速度比較快，所以會先到。捕捉到「P波來了！」這個訊息後，發出「強烈搖晃（S波）即將來臨！」的警報，就是『緊急地震速報』的運作原理。你看，用史林奇觀察到的波，竟然也成了保護我們生命的資訊來源呢！
２．「聲音」的真面目
我們的「聲音」和「音樂」，也都是在空氣中傳遞的縱波。試著想像一下，史林奇實驗中彈簧「密」的部分，就是空氣分子緊緊聚集在一起的地方（高壓部分）。這種「密」與「疏」的波在空氣中傳遞，振動我們耳朵裡的鼓膜，我們才能將其識別為「聲音」。
在這個可以模擬縱波和橫波狀態的網站上，也可以進行數位實驗，大家請務必試試看喔！
◆ 課堂上應用的小秘訣
• 事前複習橫波，效果會更好！ 這樣縱波與橫波的差異會更鮮明，加深學習上的理解。
• 錄影後慢動作播放也超讚！ 特別是使用金屬製史林奇時，可以用手機的慢動作攝影功能仔細觀察波的傳遞方式。
• 連結到「聲音是縱波」！ 實驗結束後，將其與聲音的傳遞方式（空氣中的縱波）聯繫起來，能讓單元的理解度瞬間提升。
◆ 柑仔店是「科學種子」的寶庫
除了史林奇之外，柑仔店裡還販賣了許多科學小玩意，像是吹不破的泡泡（果凍狀的）、竹蜻蜓般的塑膠螺旋槳，以及鞭炮（クラッカー、かんしゃく玉）等等。或許你會想：「我家附近哪有什麼柑仔店！」但最近在購物中心裡，也常常可以看到類似的商店。
等等。換個角度來看，柑仔店就像是一個「迷你科學館」。在每一個便宜的玩具中，都隱藏著物理法則（史林奇是「波」、竹蜻蜓是「升力」、鞭炮是「化學反應」）。不妨帶著孩子，握著零用錢，一起去尋找「科學的種子」吧！
縱波的概念，關鍵不在於死板的理論，而是「親眼見證」的體驗。這是一個讓不擅長自然科學的學生，也能發出「原來如此！」「太有趣了！」讚嘆的好機會。而且，準備簡單、成本極低。光靠柑仔店等級的道具，就能逼近科學的本質，是不是讓人感到很興奮呢？下次上課，請務必試試這個「用彈簧做縱波實驗」吧！
如果想製作更長的波動道具，也可以參考這篇文章。
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