物理與天文學科

本研究旨在探討正多角柱內所產生之肥皂泡膜形狀，以及改變正多角柱長高比時所發生的對稱破缺的現象。在我們的初步研究中已經發現，正五角柱內的肥皂泡膜確實存在對稱破缺的現象，因此我們希望進一步確認並理解此中奧秘。我們的研究將以實際的實驗觀測做基礎，然後在理論上以最小曲面的近似解來分析。為了將實驗以及理論結合，我們並透過免費的數學軟體GeoGebra來進行數值模擬計算以及圖形展示。

以彈簧系統模擬固體內原子振動行為並以Tracker軟體分析情運動情形。 以驅動力改變頻率方式看彈簧系統的振動模式，從單一砝碼的運動情形開始探討，逐漸推廣到同質量砝碼串聯，再延伸到兩個不同質量砝碼週期性串聯，最後討論其不同外加頻率下彈簧系統的振動行為，可模擬出兩不同砝碼可以出現如固態物理中晶格振動的色散現象(dispersion relation)，其振動行為可分為聲頻支與光頻支，並觀察出在某些頻域系統不太具有振動行為，這跟固態物理的能隙的相呼應。

本實驗探討浮體在水面上聚集、吸引的現象，由測量運動討論其運動過程中所受各種力的變化。 討論兩球體吸引的模型，由位移與時間關係圖推測模型，發現其運動與時間接近指數變化，但後段卻有x2與時間t的線性關係。因此可推測其後段模型中阻力與速率成正比。 接著改以密度>1的圖釘，討論其運動與水面上凸高度之關係。發現除了速率與位移有對數關係外，其對數係數也與高度成正比。經由實驗，與容器壁的吸引運動可寫成與相吸運動類似的方程，再利用鏡像法加上修正項得出臨界距離。並由實驗得平均密度與受力的關係，以及表面張力與受力的關係。 未來將探討油滴在水面上的運動，進而發想不同的汙染物於水面上的聚集。

利用有機閃爍體連接電源供應器和示波器接收緲子，再連接電腦用Labview去記錄，來測量不同仰角的緲子數量分布。並用電腦程式Geant4去模擬真實探測活動以及其他條件下的實驗。

藉由我們自行設計的主振動系統與吸收器，來探討兩者頻率一樣時，在外加驅動力下，是否外加頻率等於主系統原先的自然頻率時，會出現主系統不振動，因為我們實驗的驅動力並不是直接作用在主系統上，造成我們的實驗結果與預期有差異，而且這個反共振頻率的偏移量與兩者之間的質量比值有密切的關係，主系統與吸收器的質量差距越大，反共振頻率越會接近原先的自然頻率。又由於原先是單一自然頻率，變成兩個物體的系統此時自然頻率由原先的一個變成兩個，而且兩者頻率的間距也與兩者的質量比有密切關係，兩者質量比(吸收器m1與主系統質量m2比)，μ=m2/m1 比值若越大，兩個自然頻率離得更遠。

我們利用注射針筒的結構，將活塞推至底後封住針孔，用力將活塞往後拉動並釋放開來，大氣壓力會推進活塞並撞擊筒身，使針筒發射出去，我們稱之為針筒火箭。為了探討其發射機制與增進其發射能力，過程中意外地發現少量的水(5ml)對其發射能力有非常好的效果，垂直發射最高可達6公尺高，是原本針筒的2~3倍。據此我們深入探討水量多寡對火箭發射能力的影響與其在發射機制中扮演的角色，並釐清活塞質量與摩擦力等相關因素對發射機制的影響。最後，我們成功的以最佳的發射條件，加裝火箭的尾翼與彈頭，完成針筒火箭的發射測試，其射程最遠可達10尺左右。

本實驗主要探討科學教育月刊第246期中雷射光對細線繞射的現象，論文中分析了造成細線繞射時中央亮帶旁暗線的成因，但在實驗的部分著墨較少。因此本科展主要進行細線繞射的實驗，並利用C++程式語言進行理論模擬，最後進行理論模擬與實驗的比較，研究不同雷射光到細線的距離下，不同細線到屏幕的距離對繞射圖形的變化，解釋細線繞射中，中央亮帶及第一亮帶內細小暗紋的成因，並提出相關解釋說明。經實驗發現，造成此小暗紋的原因是細線旁兩個光源的干涉，而此干涉類似於雙狹縫干涉，但仍與雙狹縫干涉有差異。

前期研究中我們發現靜置後的水經底部放流不會形成漩渦，若要產生漩渦需有效地擾動水體。於是我們在靜止水體中控制攪拌動力，探討影響漩渦形成的因素。我們發現雖然影響漩渦形成有許多因素，但這些因素指向一個關鍵，就是如何有效帶動核心區的水體；同時若攪拌範圍涵蓋整個核心區，漩渦會自然且快速產生，再加大攪拌範圍也屬多餘。因此，為了探討如何有效產生漩渦，我們計算出核心區的體積、液面起始高度至放流孔距離及漩渦形成效率的關係。 最後，我們建立了漩渦形成模型。除得知漩渦現象是各位置相鄰水流彼此作用及流速調整才得以產生外，也由實驗推知外圍水流依白努力原理而向內壓迫內圈水流，使流速向內偏向，最終呈現螺線形流線。

可以由生活中的經驗發現：儘管在同一水平高度，氣壓均勻與否(相關性)的現象仍足以巨觀的影響著液氣交界面的平衡狀態。在此研究中，首先提出了數學模型推導平衡時的條件、並以裝有液體的倒立有孔容器之實驗來相互印證，檢視本篇研究中理論假設的正確性------氣壓的相關性直接影響了開孔的幾何圖形(開孔個數，大小，和形狀)。且在大小形狀皆異的開孔圖形中，我們發現「代表長度D」可以描述各圖形所覆蓋範圍的相關性。

台灣綠能發展目前為能源界顯學，台灣為季風氣候，有得天獨厚的風場條件，然風機扇葉產生之低頻噪聲卻會對居民造成身心健康的影響。本研究嘗試研究扇葉噪聲之物裡蘊含，並以實作及模擬雙管齊下之方式，研究風機噪聲之行為特徵，實作實驗以自製之兩款風洞及四組扇葉，確實觀測到紊流，且與模擬圖形相似，並透過傅立葉轉換方法，得出噪聲強度最高處落於低頻。而模擬結果顯示，風機噪聲與紊流強度高度相關，且在攻角上升的情況下，會有愈大的紊流強度及噪聲，但商用型確有攻角上升，紊流與噪聲下降之情形。最後根據實驗結果比較改良，設計出自製創新型扇葉，其垂直最用力皆優於前列四款，且產出較低的噪聲強度，尤其在高攻角條件之下減噪效果更佳。