物理與天文學科

於共鳴管實驗中，我們發現管口與聲源間距離會影響管子的共振頻率，距離愈遠、共振頻率愈高，最後趨於一穩定值。本研究探討此現象及相關變因，提出球面波的共振頻率公式，並證明球面波的共振頻率、及共振頻率隨管口與聲源間距離改變而變化的幅度，與管長、管徑及管口與聲源間距離相關。同時，對於狹縫繞射實驗，透過本研究推導之球面波共振頻率公式，可利用實驗測得之共振頻率求得繞射波的假想波源位置。而管子共振時，駐波僅存在於管內，其腹點位置必位於管口附近（受管口修正影響）而非聲源處。因此，進行共鳴管實驗時，不可將音叉擺放位置視為波腹位置。

多多笛的構造大致上可以分為內管、外管、孔洞和膜四個部分。它是藉由孔洞吹入氣體，氣體在內部流動，而造成膜的振動發出聲音。本實驗探討多多笛的發聲原理，了解是管子產生共鳴還是膜的振動影響聲音的頻率及探討哪些變因會影響多多笛的頻率。由於多多笛的外形構造複雜，於是我們用PVC管製作多多笛的模型，方便我們之後的研究。經實驗發現：多多笛發出的聲音頻率並不單純，當氣壓小時，它發出的頻率會越接近空氣柱共鳴，而不論氣壓大小，管長與頻率倒數皆呈正比關係，因此我們推測多多笛的發生機制是膜與空氣柱共振的結果，且經由分析，我們發現基音是符合閉管的基音，但是泛音皆為基音的連續整數倍，因此推測它產生的頻率是開管及閉管疊合而成。

蝸牛球是一種科學教具，以壓克力圓柱容器為主體，在容器中加入黏滯液體及重物。在滾動時利用黏滯液體的摩擦力將容器中的重物帶到相對容器重心的後方，使重物的重力對容器產生相對於滾動方向相反的力矩，造成容器減速的現象，實驗裝置如圖1、圖2所示。本實驗想探討黏滯液體的體積、軌道傾斜角度與金屬圓柱材質、體積及重量等變因對滾動變化的影響。

本研究利用火焰易與電場耦合作用的特性，全程使用丁烷本生燈製造擴散焰，並利用高壓變壓器轉換出直流高壓電所產生的電場，施於平面電極(plane-plane)、針型電極(plate-plane)【1】，然後分別改變各種變因等，再對受干擾之火焰以及針型電極產生之離子風風速個別進行數據測量並做比較。為了量化數據，我們以Meazure、ImageJ程式測量火焰之角度、面積分析數據，並找出火焰有最大干擾時的架設法，期望找出有別以往的滅火方法。最後，以自藕變壓器接霓虹燈變壓器，利用研究結果得到的架設法，調整到想要的電壓、距離等變因，作出能隨身攜帶可壓抑火焰之器具。

本研究旨在觀察撲克牌於空中飛行軌跡的變化。為了能夠精準控制每次實驗發射時的條件，我們製作了一台撲克牌發射器。在本次科展中我們研究了多種原因對撲克牌飛行軌跡之影響(例如：初始偏轉角、牌型凹凸程度)，並依據實驗數據觀察現象，分析距離對於落點偏轉角之影響。此外，驗證實驗場地氣流對落點的影響。最後透過定性描述驗證撲克牌的飛行軌跡影響因素，進而提出一定程度的見解及討論。

本研究探討奈米碳黑砂紙表面之滾動角、接觸角、靜摩擦係數與水滴大小關係。使用防水噴劑、氟素和碳黑處理不同型號之砂紙表面。利用接觸角、滾動角探討其不同表面、不同體積水滴之疏水性差異。斜面法與力感測器則測量靜摩擦係數差異。結果顯示碳黑砂紙上水滴體積越大，水滴的長短軸比值、接觸角皆增加，液滴接觸固體表面積的比例會變小，滾動角也變小。透過砂紙顆粒與碳黑可模擬出如植物葉片表面的突起物與絨毛。根據理論所推得的液滴接觸固體表面積之比例越大，滾動角越大，因水滴與載體間形成空氣層，使水滴較容易下滑。並發現砂紙疏水性最佳的為型號1000之碳黑砂紙，其接觸角145.1度，滾動角3.7度，液滴接觸固體表面積之比例0.13。

為了讓安全更有保障，我們在物理課及創發社中找到實驗題材，並設計與製作實驗模組。首先，前置實驗以雞蛋、高爾夫球與石頭的自由落體撞擊受力的情形，選擇適當實驗物體，並以其重力值作基準；其二、各類緩衝材料（泡棉、記憶枕、保麗龍、非牛頓流體）在不同厚度與不同高度下的吸收撞擊之實驗與探討，並分析之間差異；其三、探究固體實驗材料在兩種素材相疊在一起是否有加乘緩衝效果；其四、於兩材料間利用保麗龍、鼻涕蟲及磁鐵製造緩衝空間，觀察其影響；其五、用得到的實驗數據及簡單物理概念，應用在生活中。本實驗期望藉由結合簡單材料發揮最大效用，提供社會大眾製作相關防災及防護器具之參考，建立全方位的守護措施，以保障人民的生命安全。

一個裝有水的玻璃杯，用喇叭撥出大聲的聲音，便能觀察到共振的現象發生，玻璃杯將會不停的震動，甚至導致破裂。本研究將會藉由傅立葉轉換(Fourier transform)來分析玻璃杯的振動頻率組成，並進一步探討頻率峰值的來源。另外我們也研究了不同水位的高低以及液體密度對於共振頻率的影響，並以能量守恆的觀點進一步推導出玻璃杯的振動方程式。最後我們也觀察到了higher harmonic，並且發現non-linear dispersion relation的現象，顛覆了我們常對於 f∝n 的觀念。

本研究利用光學方法中的光槓桿原理測量鐵棒在外加磁場下的工作特性。而本研究分為四大部分： 第一部分是探討鐵棒及不鏽鋼棒的磁滯曲線；第二部份是將鐵棒及不鏽鋼棒通入直/交流磁場並觀察其工作特性；第三部分是進行磁致伸縮應力的測試；第四部分是用強力磁鐵給予鐵棒二維側向磁場並觀察其工作特性。 和壓電晶片相比，磁致伸縮材料能量較大、可接受之頻率範圍較廣，因此成為現今科技中的主要應用對象，未來希望磁致伸縮材料可以運用在聲納、消震器及電鑽上；而運用側向磁場來進行調控的部分，則希望能運用在高精密電子儀器及變壓器的消音上。

當一個掛有鏈條的單齒輪轉動時，鏈條會有複雜的運動現象。本研究以調整直流馬達電壓來控制齒輪轉速，並將此現象簡化為兩個方向進行探究：固定角速度ω下短鏈條的運動行為與長鏈條上波動傳遞。經研究分析後，發現在短鏈條實驗中，鏈條下端曲率半徑r與齒輪角速度ω呈線性正相關，而鏈條的質心座標x_cm與鏈條的關係如下式： x ⃗cm×Mg ⃗=-Cω ⃗m 由實驗發現C值的數量級為10-7(kg∙m2⁄(s))，與馬達特性相關。 另外在鏈條的視波速v ⃗s、鏈速v ⃗ch、波動行進位置y的關係為： |v ⃗ |2=(v ⃗s-v ⃗ch )2=-gy+|v ⃗0 |2 且發現長鏈實驗中鏈條張力T與鏈條位置y關係為：T(y)=-μgy+T0 而T0則與齒輪角速度ω成次方正相關。