物理與天文學科

楊氏方程式的接觸角大於140度時，滴下去的水滴不會跟培養皿上的肥皂水融合，而是產生超疏水性現象，實驗顯示當水滴落下高度為1cm時，水滴最容易成形，成功機率最高，因為邦德數大於1，表面張力之影響不納入考量，所以濃度對水滴成功率幾乎沒有影響，而頻率則是受到了單位時間內水滴所受波形向上的力F/t之影響，進而影響到水滴成功率

光子晶體是具「週期性折射率結構」之奈米尺度物體。它的特殊性結構，使得經過它的光波因為折射或是波的疊加原理等而有能量的遮擋效應，稱為「光子能隙現象（Energy band gap）」。我們假設尺度放大的週期性物體也可產生光子能隙。然後使用水波槽內的週期性孔洞的壓克力板，形成二維周期性水深結構，並在投影幕上對「有經過孔洞的水波」及「未經過孔洞的水波」進行波紋對比的比較。除了探討水波在此尺度下是否具有如同光子晶體讓波產生能量消退的現象之外，同時探討在水波槽的尺度下，改變不同孔洞的大小、排列間距以及水波波長對能量消退的影響。

液滴滴在冷金屬板上，液體由下向上結冰時，液體分子間的內聚力以及冰和液體分子間的附著力決定了液體、冰、和空氣間的接觸角大小。接觸角的大小決定了液滴頂端的形狀。 純水在凝固過程中，接觸角為90°，水滴頂端凝成頂角65°的圓錐形。葡萄糖水溶液結冰時，接觸角隨溶液的濃度的增加而遞減且小於90°，液滴頂端凝成圓錐形。氯化鈉水溶液結冰前先形成濃稠層，因濃度的不同，液滴頂端可形成煙囪形、圓錐形、和圓弧形。2.00mol/kg的氯化銨水溶液結冰時，先凝成煙囪形，再從煙囪中長出圓錐形的冰錐。化合物水溶液的表面張力大於水者，適當的濃度下，液滴結冰時都可以形成煙囪形。

再生能源、仿生學是近年來主要的發展目標。為了研究高效率的發電裝置，我們希望能結合適應潮汐水流的常見鳳螺螺殼構型，設計適合水圳發電的水輪裝置。首先分析螺殼外型的結構參數，提供3D列印印製渦輪機模型。再將模型置入不同直徑的集風管中，探討不同風速、流通比及渦輪機，對渦輪機發電效率的影響。研究結果在小流通比、強風速時，會得到較大的轉速；長螺形渦輪機(渦輪機3)的轉換效率比短螺形渦輪機(渦輪機1)高。另外，在不同管徑的集風管中，適當的旁通比以及等比例長螺水輪設計，才能提供較高轉換效率。本研究希望提供最佳的水輪螺紋變化的配置參數，提供應用於水圳的小型水力發電機組。

球體在旋轉平台上的運動分三階段：進動階段、螺線振盪階段、打滑階段。進動階段、螺線振盪階段為兩個運動模式的疊加：迴旋半徑漸增的螺旋線運動、向平台中心靠近的平移運動。當迴旋半徑漸增至滑動摩擦力的上限值，球進入打滑階段並向外甩出平台。 研究紀錄球體質心運動參數，並以接觸點準靜態理論計算及滑動-滾動摩擦模型進行數值分析，找出各種變因與運動參數間的關係。 結果發現滾動階段中鋼球作迴旋運動的頻率f球和平台旋轉頻率f盤和有正比關係，且比例值和球標準化轉動慣量δ正相關。由滾動階段過渡到滑動階段的最大迴旋半徑Rmax和f球2成反比、和δ呈負相關、和滑動摩擦係數μk成正比。滾動摩擦使球向平台中心靠近，也使迴旋半徑漸增。平台傾斜時，球體的運動向水平方向偏移。

當液滴落下和水面第一次接觸時，因水的表面張力造成液滴彈起，第二次與水接觸時才穿透水面，我們做了幾個實驗發現表面張力與產生液滴彈起現象的最低落下高度有關，當表面張力越低時，能產生現象的最低高度也越低。若將液體換成油性磁流體，探討液滴彈起現象是否不同。

空氣喇叭構造簡單，大致上的構造有進氣孔、氣室、彈性膜與出氣管。當內部氣體流動，引起膜的振動，便會發出聲音。而發聲原理十分複雜，構造有類似可產生共鳴的管子，藉由聲音感測器的測量再經過傅立葉分析，分析顯示聲音的基頻與開管空氣柱共鳴的計算結果不同，閉管亦然。而長度改變、管子口徑，皆會影響聲音的基頻。另外，對聲音強度有影響的則有進氣量及口徑。利用壓力感測器測量氣室內的壓力變化，發現壓力變化的頻譜圖和聲音相同，而壓力變化和膜的開閉相關。我們在這個實驗內探究空氣喇叭如何產生聲音以及影響聲音頻率的原因。

本實驗在開口限縮之傾斜軌道上放置障礙物，觀察顆粒體於軌道上的流動現象。當單一障礙物在軌道上特定位置時，可明顯增加顆粒體的平均流率(最大可增加達無障礙物時的55%)，但此位置範圍很小。障礙物在此範圍內時能有序分流顆粒體，且在分析後發現，可由顆粒體直徑、障礙物尺寸、開口寬度及邊界與開口的夾角推導出障礙物擺放位置範圍的方程式，但障礙物的幾何形狀會有所影響。障礙物放置於不同位置時，開口處的顆粒體流動狀態可分為兩類：「密集流態」與「稀疏流態」，兩流態間有一轉變的臨界值存在，類似於液態與氣態間的相變。最後，發現雙障礙物比單障礙物更能提升顆粒體的平均流率(最大可增加達無障礙物時的60%)，值得進一步探討。

本實驗利用3D印表機配合ABS材料印製特殊構型之表面張力閥，將其應用於尿液癌細胞病理檢驗操作程序(簡稱表面張力閥法)，最後比較表面張力閥法與目前使用的真空吸引法於移除上清液後所保留的定量體積變異性與尿沉渣細胞回收率。經實驗證明，表面張力閥法對於保留定量體積應用於二次純水的變異係數為3.3%，應用於尿液品管液的變異係數為5.1%；真空吸引法對於保留定量體積應用於二次純水的變異係數為4.5%，應用於尿液品管液的變異係數為17.0%。兩種方法對細胞回收率的影響，於紅血球與白血球並無顯著差異，但真空吸引法於上皮細胞有較高的回收率。ABS表面張力閥體積定量效果較為穩定，但因列印精度的影響而造成表面粗糙，進而導致細胞回收率不如預期。

最早看到網路上有人利用磁鐵間的磁浮力量，玩起了擺盪的玩具，從磁鐵間看似不規律的起落中，有著一股無形的默契，形成相互擺盪的有趣現象。為一探究竟，好幾年針對不同變項研究，不斷改良簡易又精準的自製儀器，累積許多經驗，以此為基礎，發現： 1.磁力震盪傳遞的效果會受到磁鐵本身磁力與形狀雙重的交互影響 2.外圍磁鐵數量越多磁力震盪傳遞的效果越好 3.改變兩顆外圍磁鐵夾角對磁力震盪影響不是呈現線性比例關係 過程中利用磁力震盪的特性，設計並製做出實驗所需的測量器具，再由磁力震盪變項的相互影響，可歸納傳遞磁力效能最佳的變項組合，最後利用磁力震盪的特性，設計出光感式磁力震盪的測震儀，可說是從小東西玩出大道理來！