簡麗賢／在台北101上物理課

七月分科測驗結束，學生傳訊息給我：「老師，物理考台北101的阻尼球。花蓮地震時，台北101僅輕微晃動，是由於92樓到87樓間設有以多條鋼纜懸掛重量660公噸的球形質量塊，並以阻尼器與樓板連接構成減振系統，要我們估算101大樓主結構以基頻振動的周期。」「校外教學參訪101，看過那顆金黃色大球，答題很有感。」

實施新課綱後，為了讓學生感受生活中有物理、物理在生活中，開設高三多元選修課程「言之有物，說之有理－－科學寫作與短講」，設計參訪台北101的主題，吸引不少學生選修。

「好期待到101上物理課。不知道能上什麼？」這是學生最常提出來的疑問。「可以上人文、科學和藝術，單是超高速電梯、阻尼球和綠建築，兩節課根本不夠用。」說明後，學生往往瞪大眼睛。

締造一幢特色建築，可以改變一座城市

「我變重又變輕了，體重計的讀數會改變，好神奇喔！」為了印證學過的牛頓力學，學生攜帶體重計搭乘101的超高速電梯，三十七秒上升過程，目睹指針偏轉，見證這部充滿電學與力學的電梯加速與減速，會影響體重計的讀數。

「哇！第一次站在這麼高的地方看台北，原來房子這麼密集。」「腳下的國父紀念館、大巨蛋竟然這麼渺小。我看到觀音山的全貌了！」看到學生喜悅的笑容，聽到充滿驚奇的對話，也點燃我的教學熱情。台北101是全球第一幢高度超過五百公尺的大樓，雖然現在排在十名之後，但站在觀景台俯瞰台北城，自然思及杜甫讚嘆雄偉的泰山：「會當凌絕頂，一覽眾山小。」學生說：「台北的建築竟如此渺小而密集。」

締造一幢特色建築，可以改變一座城市。台北101金融大樓於民國93年十二月正式啟用，地面共101層，高度接近508公尺，由擅長東方文化與現代科技建築的知名建築師李祖原設計，總共八個「斗」，外型如竹，才高八斗，節節上升，繁花綻放，象徵步步高升與花開富貴。

然而，帶學生到台北101絕不能僅透過玻璃帷幕登高望遠、觀賞櫛比鱗次的建築，因為這棟大樓氣韻生動，是台灣當代文明地標和劃時代巨作，更是蘊藏物理知識與建築力學的科學殿堂。

以史為鑑，全球最大的阻尼球應運而生

以台灣超高層大樓的建築而言，強力的颱風與頻繁的地震是最嚴苛的考驗，結構設計必須考量抗風和抗震。101大樓的外觀四個角呈現鋸齒狀與「樹大招風」有關，拔地而起的高樓因應風襲與地搖，建築外觀的設計經過風洞實驗室測試，而窗戶也須考量玻璃材質和風吹襲的壓力強度。

物理學談到物體在不受外力作用時的自然振盪頻率，當物體以自然頻率隨著外來振動源振動時，即是共振現象。發生風襲或地震時，建築物會跟著振動，若台北101大樓遇到颱風或地震，振動頻率恰好和大樓的自然頻率一致，101就會發生劇烈搖晃。

歷史是一面鏡子，墨西哥西海岸曾發生規模8.1的劇震，當時墨西哥市內高樓大廈倒塌的原因之一，即是地震波傳遞能量產生共振效應。

以史為鑑，台灣位於歐亞大陸板塊和菲律賓海洋板塊的交界帶，又在颱風經過路徑中，建築台北101必須考慮天然災害和共振效應，減緩大樓晃動程度，全球最大的阻尼球應運而生。以阻尼球與樓板連接構成減振系統，當風襲或地震使大樓以主結構的基頻振動時，振動能量便能有效地轉移至朝相反方向移動的球形質量塊，使得阻尼器伸縮以吸收大樓的振動能量，減緩大樓的擺動效應。

上完課後，學生有感而發：「常經過台北101，從沒想過這巍峨建築蘊藏這麼多學問。這是一堂不一樣的物理課。」「親眼看到風阻尼球，才知道結構，長知識了。」「跨年看煙火秀，從不知道台北101是全球最高的綠建築，現在略懂略懂。」

處處留心皆學問，以科學之眼凝視台北101，別有一番物理之美。