物理與天文學科

觀察肥皂泡置於平行電板中時產生變形，本研究探討此現象並提出相關解釋。經由實驗發現肥皂泡在電場下的形狀是橢球的一部份；肥皂泡在施加電場前後的高度比與寬度比是兩電極板間電壓的二次曲線，且離心率與電壓成正比關係。透過觀察肥皂膜的光學性質、分析皂膜受力以推測其電學特性，確定系統之電荷與電位分布，進而提出理論模型計算系統能量，解釋平行電板間肥皂泡之變形現象。

本研究在探討電磁炮射出的鐵棒初速，研究其與電容數量、電壓大小、漆包線線圈長度、線圈密度之關係。利用電容瞬間放電之特性，漆包線在極短時間內流經電量，使線圈電流達極大。當電流通過線圈時，根據電流磁效應會產生磁場形成電磁鐵枝效果，將鐵棒吸引並射出。量測上以軟體tracker及光電閘兩種不同方法測得時間數據，分析得鐵棒射出初速。 最後得知發射速度因為漆包線線徑安全電流上限影響，有很大的限制。因此討論線圈線徑將可能因達到電流上限無法順利發射。發射速度大致上與電壓大小、線圈密度、電容數量有正相關。改變電容數量與電壓最顯著，改變線圈密度將有可能因纏繞半徑太大而有終端速度產生。

兩玻璃板間夾水時，兩玻璃板會不易拉開。我們以圓形玻璃板為實驗工具，於中間夾水，以力感應器測量拉開兩片玻璃板所需之力。此實驗模型是架構在「液橋」理論上，根據此理論，分開兩玻璃板的力和玻璃板及所夾液體的壓力差成正比，即可由Young-Laplace equation推得：△p=2 γ/δ。 實驗結果如下：當玻璃板面積大小固定，水量愈少，兩片玻璃板拉開所需的力就愈大。當水量相同時，圓形玻璃板面積愈大，兩片玻璃板分開所需的力就愈大。玻璃板大小相同，且所夾液體體積相同時，玻璃板間的液體表面張力係數愈大，兩片玻璃板分開所需的力就愈大。當板面積和板間所夾的水量相同時，分開兩玻璃板所需的力會大於分開兩壓克力板所需的力。

我們發現了球撞到平面後有回彈的現象，我們設計了幾個實驗來了解並探討這個現象。本實驗主要探討當球體水平撞擊各個垂直平面之後所損耗的能量、球後續的運動狀態以及兩者之間的關係。我們觀察到:碰撞損耗量與碰撞面材質有關，而碰撞動能損耗率且後續運動狀態與入射速度、球與地面的摩擦係數......有關，而實驗可看出，當球體撞擊摩擦力越小，且碰撞損耗能量越大的平面，越容易造成球的回彈現象。

多個木棍以傾斜的方式，由兩側繩線固定形成一鎖鏈(如圖0-1)，使其自空中自由落下，我們發現撞擊到下落面的木棍會因碰撞而轉動，拉扯連接木棍的繩線，使鎖鏈下落加速度大於重力加速度。本研究主要在探討此現象的成因，提出最合理的解釋，並研究相關參數之影響。我們比較以棉繩和釣魚線作為繩線來製作鎖鏈的差異，發現棉繩製的鎖鏈加速度達到一定值後就不再上升，且繩張力傳遞時間較長；而釣魚線加速度則會持續增加，且繩張力傳遞時間較短。進一步研究後發現，短邊繩長與木棍數會影響繩張力傳遞時間，而不影響最大加速度；木棍傾角會影響最大加速度，且有一最佳傾角，可以使鎖鏈加速度量值達到最大，而開始加速的時間在短邊固定時與角度無關。

我們想知道影響水珠成節的因素，所以利用自製的流水系統，讓微小水流由管口流下，放置玻璃棒在水柱下方，並改變水柱出口與撞擊點的距離做實驗。透過觀察水珠的節長變化，搭配各種不同的接觸障礙物、流速、溫度，進行結果與分析。發現流速愈快，節長愈短；玻棒愈粗，節長愈長；食鹽水濃度愈低，節長愈短；溫度愈高，節長也愈短。以上的現象可由表面張力的變化來解釋，因此可推論此現象符合由表面張力波所形成的結果。

本研究針對飛機頻率與都卜勒效應進行研究，我們一起在金門航空站附近的起飛降落點分工錄製影片與蒐集資料，進而使用BORIS、Audacity、Spectrum、google科學日誌、世界迷霧app、flight tradar等軟體進行資料分析，觀察飛機起降聲音的頻譜趨勢，再利用都卜勒的公式配合溫度以及飛機起降角度的修正，套入資料後計算飛機的降落速率。分析過程中發現了ATR機型相較於大型渦輪飛機來得好分析出速率與頻譜趨勢，我們也設計了簡單的小實驗驗證飛機接近與遠離其渦輪或螺旋槳對於其風速影響，也搭乘了數趟飛機進行飛機內頻率的測量。經過一番摸索我們發現其實可以利用簡單的儀器與軟體去分析飛機的聲音頻譜，藉由一連串的探討與分析發現都卜勒效應是實際可以在日常生活中運用的。

本研究探討雷射光照射細長圓柱所形成雷射圈的成因及性質，並做出整體的歸納與分析，例如不同材質的圓柱如何影響雷射圈的形成、雷射光入射角與雷射圈半徑的關係，甚至用雷射圈特性反推圓柱折射率等等。 這些現象中最令我們感好奇的是雷射光照射尼龍線等透光材質產生的折射、反射與干涉現象，在實驗中我們發現有一部分雷射光會經由反射或折射路徑投射到尼龍線後方，使雷射圈後面亮度增加且有干涉條紋，亮度方面可由司乃耳定律及反射定律解釋；至於干涉可由微積分、反三角函數等數學推導來解釋。我們相信此研究將來有助於材料工程應用，並可作為光學教學教材。

對飛行的興趣源於宮崎駿電影「天空之城」，電影中之鼓翼機有著蜻蜓的翅膀，親自探討後，反而引起我對流場可視化方法的興趣，經研究決定以泡膜研究主軸，設計實驗使用自製泡泡水、簡易拍翼機及定速滑軌進行實驗，實驗後發現泡膜黏滯係數與空氣相似，所以可以以泡膜模擬空氣流動情形，然後使用泡膜研究蜻蜓懸停及飛行、滑行時翅膀拍動造成的流場變化，比對研究結果與煙流研究結果之差異。將拍翼機以不同方向置入泡膜進行實驗並錄影，再用Image J分析影片中泡膜顏色，用Excel計算泡膜厚度後，以Matllab得到厚度圖並計算流量，了解氣體流向。未來希望可以將此研究方法應用於更多流體力學研究。

本研究旨在探討浮體在旋轉的液體中上升速度受到什麼因素的影響，分別以浮體半徑、質量、密度與液體轉速為不同的控制變因，觀察其產生的現象。我們透過軟體tracker來進行數值計算以及圖形座標化分析