物理與天文學科

本以為：音調的高低取決於基音的頻率，泛音數目與強度決定音色（音品）。吹長笛時發現，有些音ㄧ樣的指法，但用力吹時會是高八度。本實驗結果更正「演奏樂器聽到的頻率是基音頻率」的講法。管樂用力吹時，泛音強度會大於基音，而聽到以泛音頻率為主之音調。長笛一端封閉且從側邊孔吹氣，那駐波的形式又是如何呢？是開管模式還是閉管模式？藉著不同規格的壓克力管，測量兩端開口、短邊封閉或長邊封閉的各種情況下之吹奏頻率，歸納出令人訝異的結果：長笛一端封閉但駐波卻是兩端開管模式。我們對於這種結果也做了推論解答，這種駐波模式也能解釋為何高八度是兩倍頻率的發生，為何不符合一端封閉的管之第一泛音頻率是基音頻率的三倍。

本研究為更加了解珠鍊噴泉現象，而以塑膠珠鍊、銅製珠鍊進行模擬，其中銅製珠鍊又分為施放高度、杯子深度、珠鍊重量、杯子口徑四大變因作為探討內容。我們推測噴泉現象的產生與珠鍊緊繃程度無關，但可能與不同材質珠子的恢復係數有相關聯。我們由實驗發現珠鍊上升高度與施放高度成正相關、與杯子深度成負相關、與杯子口徑成負相關；噴泉總上升高度與珠子質量成正相關，並得知沒有杯壁銅製珠鍊也可發生噴泉現象。

本研究透過自製電路板及實驗裝置，結合程式碼控制電場，探討不同電濕潤的裝置、水量及電場與水珠運動速度的關係，並探究使水珠運動速率最大化的條件。 研究發現水珠運動方向與所加電場方向相同，且增強電場、增加水量、減小電極間距、降低疏水材料的表面粗糙程度、先行分離水珠內部正負離子以及在3200μm以下增加電極寬度，皆使水珠運動速率變快。 透過探討影響水珠移動速率的變因，可提升電濕潤顯示器單位時間內的幀數(張數)，亦即流暢度，並期盼將此研究結果應用於各式表面的自我清潔系統中。

此研究是關於液滴在震動液面上彈跳所產生的行為。儘管這個實驗很明顯是屬古典物理範疇，卻發現許多「類量子」的現象，所以嘗試尋覓兩者之間的關聯與互動。此實驗選擇以矽油作為實驗樣品，將其盛裝於容器裡，並放置在震動臺上使容器鉛直簡諧運動，於容器中央擺有一塊和器壁緊密接合的壓克力，稱之為「障礙物(Barrier)」，它的作用是使該區域的液體深度驟降，減慢矽油漣漪的波速。在開啟震動臺後，用細棒挑起油滴，由於彈跳時，油滴和油面會產生一層薄薄的空氣層，讓油滴得以在油面上進行彈跳而不致墜入油體中，在它彈跳的同時油面會產生漣漪驅使油滴移動。此實驗的研究主要探討這些變因如何隨不同的條件而變化，從中找出趨勢或關係，進而建構合理的模型。

槭樹翅果的長、寬、重皆呈常態分布。果實展弦比可分成最常見三群，分別為2.75～3.00、3.00～3.25、3.25～3.50。利用Tracker軟體追蹤果實掉落軌跡，槭樹翅果飛行有一定的規律性，且各型態翅果飛行皆具有相似性。翅果的落下過程可依速度分為自由落體期、減速期、緩飛期，翅果先加速落下後開始減速，最後維持穩定速度（0.44m/s±0.94）落下，而達到緩降效果。翅果上的肋痕會造成流速差使壓力不同，產生旋轉力而使翅果開始旋轉。旋轉時，轉動動能增加，移動動能減少，會造成翅果減速，而達到緩飛的效果。翅果除了自轉，也會繞著翅果外的一個軸公轉，公轉半徑約為翅長一倍到兩倍。緩飛期的公轉較明顯。

本研究要探討物體在穿透皂膜過程中，皂膜在被衝擊變形後又能回復原狀，此過程中若物體和皂膜之間出現物質成份交換，其影響變因及可能機制各為何。 實驗中以鋼珠、水滴、皂滴和油滴這四種表面性質不同物體穿透皂膜，並以高速攝影記錄物體在穿透期間皂膜變形及物體軌跡。液滴體積可用微量滴管精確控制；液滴穿透染色皂膜後其成份變化，可由分光光度計的分析結果推算。 實驗結果發現促使皂膜破裂的「臨界動量」與入射鋼珠截面積成正比。此外，鋼珠和水滴穿透皂膜時機制較單純，皆被一層皂膜包覆後落下；皂滴和油滴在穿透皂膜時的機制較複雜，因而帶出更多皂液。希望本研究使用的光色分析技術及最終提出的交互作用模型，將來在生物科技領域上有所應用。

蔗糖水及鹽水在雙擴散時會有對流柱的產生，此時讓雷射光通過蔗糖水及鹽水交界面後，會將交界面之對流柱排列狀況投影在屏幕上，我們利用此方法觀察雙擴散現象。先觀察在90分鐘內之雙擴散現象有何變化後，再深入探討改變其濃度、溫度時的圖形個數及平均面積的變化。 當蔗糖水濃度固定時，圖形個數變化曲線趨勢線斜率最低點會出現在鹽水濃度與蔗糖水濃度相近時，為了驗證，我們再度展開實驗，改成計算圖形平均面積，發現在鹽水濃度等於蔗糖水濃度時，趨勢線斜率絕對值會最低。除了濃度，溶液溫度也互影響雙擴散，溫度愈高，相同時間之圖形平均面積愈大。

手機外加廣角鏡，可將較寬的景物拍攝下來，但照片卻產生明顯的變形。 我們量測三種距離(50、100、150公分)與四種廣角鏡(魚眼鏡、0.36x、0.4x、0.45x廣角鏡)在兩種不同相機(iPhone6s、ASUS zenfone2)拍攝照片，並以Photoshop軟體進行量測、分析變形情形。以下為我們的發現與貢獻： 一、 手機外接廣角鏡以0.45x最佳，自拍距離以100公分最適合，需站在照片橫向比例80%以內的位置。 二、 將縱向變形率圖表的橫向位置，改成橫向比例，讓使用者清楚知道自拍時的站位。 三、 研究結果具有商業價值，依據實驗數據調整變形照片，可在有限拍照距離內，增加視角、減少變形量，並提供數據可用於研發廣角鏡頭校正app。 本研究有助於在自拍時，選擇合適的距離和廣角鏡，不再因為影像變形而苦惱。

在鐵尺的彎曲實驗中，我們發現與既有小角度彎曲文獻不同的結論，並找出大小角度都適用的通式。 我們先確認使鐵尺彎曲之有效分力與受力尺面呈90度角。我們最後得出其力（f）、彎曲程度（端點與原處的垂直位移h、端點切線之角變量θ）、尺長（L）在線密度、粗細不變下滿足h ∝θL和 f∝hL-3.02。 我們觀察鐵尺拉開一定振幅後釋放的振盪狀況，並探究振幅衰減的情形，最終我們得知振幅衰減方程式A=A0e-γt中的γ與L的關係為1.67次方成反比，且與初始振幅無關。 我們更進一步地研究當兩隻尺中有中介物質時能量交換所產生之耦合現象，而我們發現一個振盪週期內包含著數個耦合週期，與一般弱耦合模型相反。

本實驗在木塊最上方綁一條棉線以砝碼拉動之，而木塊啟動後可能傾倒、停不下來或停止。我們觀察木塊在不同因素下啟動後能停止的情況，並依據觀察結果推測造成其停止的因素，我們的理論所運用的變因有木塊對砝碼的重量比值、棉線綁在木塊上的高度。我們在不同條件下，以手機錄影並配合軟體Tracker追蹤木塊啟動到停止的位置與時間的關係，再經由牛頓第二運動定律、動摩擦力公式結合推導出木塊的運動公式，並將此公式寫入Excel以疊代法演化出位置、速度及加速度隨時間的變化，將所得到的理論值和實驗結果數據加以討論，並建立有限制條件下的懸崖勒馬測定法-摩擦係數模型及其不確定度的探討。