物理科

漩渦是一種獨特的物理現象，然而對漩渦的許多特性如切線速度及向心加速度甚至是拉力等特性都不易使用簡單的實驗方法觀察測量，因此，本研究採用自行設計的實驗方法，藉由觀測有漩渦的水體中平行波波紋變化，以推得在不同距離中，漩渦對附近水體產生的切線速度、向心加速度等影響，進而推知真實情況下，物體進入漩渦時產生的反應。

物體落入水中時，中央處會激發水柱，這和水面下形成的空腔密切相關。空腔體積變化愈快，水柱激發速度愈大，高度愈高。由於一般落體入水的狀態難以控制，無法定向鉛直落下，導致觀察結果有限。本研究的裝置透過3D列印及滾珠軸承組的設計改善了這個問題，藉由高速攝影並結合自行發展的分析方法，可獲得上、下腔的體積、氣流流出的速度…等重要資訊，擴大觀察的可能，對空腔形成過程的物理機制有更深入的了解。研究發現：落體入水的速度、截面積的大小、外觀的形態、溶液的種類以及周圍的氣壓高低都會使落體入水後空腔的形成有所差異，進而影響氣流流出的速度及激發的水柱高度。此外也發現下腔周圍在腔頸接合前後，會有波動產生明顯的S節及L節。

在一次班上校外教學到海洋生物博物館，在參觀的出口附近，我們看到一面很大、很有趣的牆，牆上的海豚會隨著我們移動而移動且有動作的變化。這令我們想到和一種餅乾所附贈的「炫風卡」有著類似的現象，當轉動「卡片」時會有圖案和顏色的變化。對於「卡片」圖案變化的秘密我們感到相當好奇，於是興致勃勃跑去找老師討論，並利用六年級上學期所學過的第四單元「簡單的生活工具」中的齒輪，製作一個簡易的燈架來從事一連串有趣的實驗與探討研究，希望能找出圖案變化的秘密。

又是個陰雨綿綿的日子，進入冬季後的基隆，在東北季風的侵襲，便籠罩在陰溼多雨的氣候當中。對基隆人來說，下雨和雨具在我們的生活中已經是不可或缺的物品了，但總有忘記攜帶雨具的時候，此時一定會被淋成落湯雞，有沒有方法能讓自己比較不會淋濕？據傳言「雨天時，跑步會比走路淋到更少雨」，然而事實是否真是如此呢？ 從模擬下雨時物體移動速度與受雨量，觀察到(1)移動速度越快，可以減少受雨量，速度從0.15 m/s提升至2.46 m/s受雨量從2.447公克下降到0.480公克，而速度超過1.60 m/s後受雨的變化量逐漸減緩。(2)上方受雨量變化同樣會隨著速度而有變化。(3)而前方受雨量和移動速度沒有關係，受雨量依然沒有太大的變化。(4)速度超過1.6m/s時，前方受雨量會成為主要受雨面

彈跳蟲看似簡單的跳躍方式其實隱含了非常複雜的機制，本研究利用彈簧來模擬其跳躍運動，並藉由調整彈簧端點間距與離地時間差來進行分析，換言之，本研究希望以客觀的科學角度，探討存在於彈跳蟲跳躍運動的奧秘。由研究結果得知，在釋放一端後經四分之一周期後再釋放另一端可跳最遠。

起跳後落地時，腳要做『緩衝動作』，這是一種以柔克剛的方法。起跳後落地時，腳會自然的彎曲，但是：一、高度越高衝力越大嗎？二、為什麼要有這些彎曲關節的動作呢？三、落地時，腳接觸在比較有彈性的地面上，能夠減緩衝力嗎？

用手折義大利麵條，並不容易斷成兩段，反而常斷為三段以上。我們建立能控制變因的折麵條機構，模擬手折的情況，探討不同義大利麵條斷裂的情況。 發現砝碼的落下距離越大、兩施力點越近、施力點與支點越遠，麵條容易斷成兩段，當麵條越彎曲，越容易斷裂。圓形麵條越粗，容易斷裂較多段。而寬扁麵條的平均斷裂條數少於圓形麵條。 當麵條受力後，彎曲處會像波一樣傳遞。若是慢慢彎曲麵條，會使麵條在最脆弱處產生第一個斷裂點，接下來會因能量傳遞而在其他點繼續斷裂；若以一定速度彎曲，曲率半徑最小處傳遞後，會在先轉動的施力點另一側發生第一次斷裂點；文獻與實驗都可發現斷裂的麵條會被拉直，產生曲率半徑較小的位置，而繼續斷裂成多斷。

本研究是利用風洞裝置觀察球體下落時，後曳力減緩球體下落的現象。並研究球體終端速率與截面積、質量、外在流體溫度的各種關係。並且利用風洞設備研究兩球體下落時，下方下落球體所產生的尾流對上方球體下落的影響。我們測量了球體下落時位置、速度、流體溫度等。依據實驗的結果，我們得到了以下推論：一、風洞可使自由落體中的物體運動減慢，方便觀察終端速率。二、乒乓球終端速率測量9.2m/s，因為測量方式造成的誤差略高於理論值8.89m/s。三、保麗龍球終端速率測量略低於理論值，但十分接近，證明本方法可用於測量終端速率四、兩球體下落追逐時，位於上方球體在接近過程中會受尾流影響造成下落情形改變五、溫度降低時，球體下落終端速率會略微升高，但下落情形較為穩定。六、溫度降低時，球體的尾流長度會略為縮短，但尾流會較不明顯

一、年度物理科國小、國中、及高中組參展作品，不乏有新的題材，選題雖以探討一般現象居多，但往年熱門題目今年已顯然減少，大多作品具創意，研究方式也較活潑。 二、多數參展作品細就地取材自行製作成品，設計實驗對實驗過程考慮嚴謹，參與同學也具有熱誠與投入，至為難得。 三、高中組大部分作品以實驗研究為主，操作實驗器材熟練，顯示動手做的教育已逐漸在國內生根。 四、今年編寫作品說明書內容甚具完整性，打字及印刷普遍均佳。 五、國小及國中組仍有不少做者缺乏實驗誤差的觀念，對確立實驗數據之準確度尚需加強。 六、高中組參展作品似不大踴躍，今年擴大舉辦高中畢業生大學入學甄試，可能影響參展的意願。 七、國際參展係限國三至高三作者僅為一人之作品參加選拔，現物理科參展作品以兩人合作研究居多，不符合國際參展之一人作品，尚需鼓勵。

一則網路影片用皮鞋開酒瓶塞，引起我們的好奇，背後的原理和影響因素是什麼？經討論及資料蒐集，設計實驗並自製撞擊器來控制撞擊力，希望找出原理和影響的因素。發現：撞擊力須透過液體傳遞，且液體量要足夠；撞擊頻率高有較佳的瓶塞移動效率；撞擊力傳遞至瓶塞須大於瓶塞及瓶口間的阻力才能使瓶塞移動；瓶身角度須水平置放；墊子的緩衝性太好會吸收撞擊力，可能無法克服瓶塞的摩擦力；不同材質及不同表面性質的瓶塞會影響瓶塞移動的成功率；容易產生氣泡的液體，瓶塞移動成功率較好，黏滯性高的液體則較差。瓶塞移動的主要因素是靠撞擊力的傳遞來推動瓶塞，可以用流體力學的白努利定律來分析，而空蝕現象的發生則有助於瓶塞的移動。