物理科

水滴碰撞是一個很有趣的實驗，一般的水滴碰撞實驗，都是用快速攝影來捕捉水滴碰撞瞬間的情形。我們改以蠟油來代替實驗，因為蠟油在不同的碰撞條件下瞬間凝固，留下碰撞瞬間的圖形或動態變化，我們就有足夠的時間與證據來分析探討變因。將落下的蠟油滴落在液面或固體表面時碰撞所展開的圖形，用影像分析軟體『ImageJ』測量碰撞後蠟固體展開面積，也可以測量「水中展開蠟滴固體最大長度(直徑)」來分析液滴碰撞瞬間的動態情形。 我們設計實驗讓固定蠟油從不同高度滴在紙面、不同固體表面、水面、不同聲波頻率振動的水面，根據蠟油凝固後展開「蠟滴展開面積大小」與「蠟滴形狀」分析液滴碰撞的情形來進行研究與探討。

本實驗研究物體在液體中運動與阻力的關係，物體在液體中運動所受阻力與多項變因有關，本研究探討鋼珠直徑大小、鋼柱直徑大小、落入液體種類、破水時鋼珠轉速與阻力係數的關係。實驗設計將物體離液面固定高度時使其掉入液中以高速攝影機錄下鋼珠軌跡，再以tracker分析時間與鋼珠落下距離數據，探討物體在液體中的阻力係數。 在實驗分析過程中我們嘗試建立一個數學模型，將理論值與實驗數據做比較。最後得知鋼珠之阻力係數與鋼珠直徑平方成正比，圓柱體之阻力係數與圓柱體底面直徑平方成正比；不同體積百分濃度的洗衣精，其阻力係數相關呈w形；物體旋轉轉軸與落下方向垂直，轉速愈大阻力愈小；旋轉轉軸與落下方向平行，轉速愈大阻力愈小。

在研究如何讓紙蜻蜓更慢速降落和造型關係的過程中，想到如果能讓紙蜻蜓在垂直風洞中像UFO滯空懸浮飛行一定很有趣！從原理推想如果能控制影響紙蜻蜓的各種變因，讓重力和降落時的作用力和向上的阻力相當，是不是可以飄浮在半空中了？ 運用自製施放架統一施放標準，並慢速攝影紀錄。在相同面積和重量的製作下，測試20項造型變因，用所得的時間和圈數，推論阻力和旋轉作用的改變，再用Tracker軟體分析探討其速度與加速度的變化。 分析自製的垂直風洞，結合之前實驗的推論，發展出容易製作的懸浮紙蜻蜓。將相關數據帶入【阻力方程】後，推論出旋轉作用會有抵銷部分阻力的作用。這可以發展成看板或是玩具，再搭配跳躍閃爍的燈光，看上去就是十足的【滯空UFO】！

本實驗探討密度大於1g/cm3的BB彈於水中上浮之運動情形。本研究利用高速攝影機拍攝，觀察BB彈自由落下進入水面、下沉、停止、轉而上浮過程的變化，改變離水面的下落高度、玻璃水箱的水深等因素，討論不同條件對BB彈上浮的影響，經過實驗討論後，本研究得出BB彈上浮過程會經過三個階段：1.形成完整氣泡(空氣柱)、2.形成斷裂氣泡3.形成殘留氣泡，而且殘留氣泡的半徑要在一定範圍內(介於1.13mm~3.96mm)才會上浮，並發現在距水面高160cm時，BB彈上浮的機率最高。

奈米結構的廣泛應用，使得蝕刻技術不斷進步，為了追求兼顧經濟，且具高效率的蝕刻技術米球，製作遮罩的技術因此孕育而生。1993年開始利用自組裝效應，研發出奈米球微影蝕刻的技術。這個方法是使用標準尺寸的奈米球膠體，利用其高度排列整齊的自組裝效應來製作遮罩，在基板上以六方最密堆積的形式排列成週期性結構，調整不同製程參數，就可以改變奈米球最密堆疊層數，進而得到不同之遮罩，另外在教授的實驗室發現在不同的磊晶機制以及舉離溶液的搭配下，可以得到不同之蝕刻圖樣。這種蝕刻方法的好處在於所需的儀器設備相當低廉、製程操作容易;只需變化不同奈米顆粒球的粒徑，便可在各種基板上得到不同奈米尺寸的大面積週期陣列結構。

本研究將探討不同波長的光線在水中的吸收現象。因為不同波長的光在水中行走後強度會有不同程度的衰減。為了要模擬不同深度的水深，本研究使用兩片相互平行的平面鏡放入裝滿水的玻璃缸兩側，讓藍、綠、紅雷射光在此兩片相互平行的平面鏡中進行多重反射。最後再量測藍、綠、紅雷射光在此兩片相互平行的平面鏡中行走的距離與最後出射光的強度。經實驗結果發現藍、綠、紅雷射光在水中走固定距離之後，藍光的衰減最少，紅光衰減最大。此外，這套實驗裝置還可以擴大應用來量測稀薄液體的濃度，使用多次的反射來增加光行走的距離，可增加稀薄溶質吸收光線的能力。實驗結果顯示使用此多次反射吸收裝置可以量出0.05 wt%糖、0.05 wt%鹽以及0.00004 wt%亞甲藍的濃度。

本研究探討魚類擺動尾鰭，產生渦流與前進推力的關係。經測試與改良，製作能單純以尾鰭擺動前進的機械魚，並克服水中數據量測不易的困境，自製前進推力檢測裝置、水流流速偵測儀，也自製渦流製造機模擬魚體受力情況，希望找出尾鰭擺動造成加速的真相，結果如下： 一、魚以配速的方式擺動前進，速差越大，產生推力越大，前進速度也越快。 二、尾鰭擺動形成渦流作用於魚體，分為四個時期：單一渦流產生期、成對渦流產生期、渦流相遇期、合流期。 三、渦流相遇合流後，會產生強勁噴流，作用在尾鰭上是主要推力來源。 四、渦流重疊區越大，噴流強度越強，產生位置隨重疊區變小而往後移動。 五、噴流與尾鰭垂直方向夾角呈35度，有助魚體前進。

本研究針對不固定的包裝方式下，物體擺放及內容物所占空間及實際體積做一番物理及數學分析探討。企圖進行塑膠減量的方式，以減少包裝時塑膠袋的使用，研究實驗以夾鏈袋及粉筆為實驗材料，並記錄相關的的實驗數據，再以實驗解析方式建立模型，提出相關結果及建議。分析結論如下：由環保塑膠減量的角度思考，塑膠減量時若可以自由選擇裝載物品時，此時根據置入內容物的根數，以四層混合置入及五層混合置入是最好的選擇，且若推廣之日後物品的包裝應用時可以降少塑膠袋的使用，達到節能減碳的環保功能。

我們利用木板及壓克力板，製作浮力、阻力及側風力測量裝置，並利用粗細的吸管進行氣流的整流。將鐵絲用點焊機焊接後，製作天燈的模型外框，並在外部包覆宣紙製成耐用的天燈模型。我們利用此測試模組測試了方形、長型及梯形天燈，並發現天燈內部的浮力和其體積成正比關係，而阻力及側風力都會隨著風速的升高而變大。長形天燈比方形天燈有較好的浮力效果，但側風力及阻力仍然很大。梯形天燈具有更好的浮力效果，且阻力和側風力皆較方形天燈小，加上上蓋後，不僅浮力效果變好，也降低了垂直阻力及上側風力。在天燈周圍裝上擾流翼後，發現天燈會因熱氣溢出的關係而推動擾流翼產生自旋效果。最後綜合研究，利用Excel 發展出天燈飛行軌跡的分析模型。

自製震動台模擬建築物受力時的振動模式；另設計多層容器(Multi-layer-tank)盛水的液體形式阻尼器，探討Depth Ratio(水深/容器長)、振幅、Mass Ratio(水質量/總質量)對減振效應的影響。實驗方法以「振動參數」(週期、衰減係數、時間)量化減振效應。調整Depth Ratio使水自然擺盪週期(Tn)接近震動台週期(TV)(PR = Tn / TV≒1)，易產生碎波現象(wave breaking)，造成系統能量消散，減振效應顯著。震動台振幅越大，碎波發生可能性越高，減振效應也越佳。且當PR≒1時，Mass Ratio變化對減振效應影響不顯著；若PR≠1，當Mass Ratio = 4.63 %，減振效應最顯著。實驗證實調整多層容器盛水液體阻尼器的特定參數，可有效達到減振效果。