物理科

從影片看到多個節拍器，在數分鐘後，居然可以同步，好奇的我們開始構思適合的實驗裝置，探討影響同步時間的可能原因，最後整理出節拍器、吊線及板子三項因素。 在節拍器因素方面，我們發現節拍器越多、頻率越低、擺放間距越大、間距中心偏移越多，都會讓達到同步的時間增加。而且多個節拍器不同的撥法、擺放形狀都會影響同步的時間。 在吊線因素方面，吊線越長、越細、吊線材質較軟、固定位置越靠近板子中心、與板子間的夾角越大，也會讓節拍器同向同步的時間拉長。但從50度角減少時開始產生反向同步的現象。 至於板子因素，板子越重、表面材質摩擦力越大，會讓節拍器同步的時間增加，但相同重量時，板子厚度及材質並不會影響節拍器同步的時間。

有關悶熄蠟燭後水面上升之現象，對於其原理解釋，本小組認為有問題，經一連串實驗發現，水面上升第一階段是因為空氣「熱脹冷縮」所導致，第二階段水面上升則是因為二氧化碳容易溶解於水，蠟燭熄火之後 3 分鐘之內都屬於第一階段，本研究發現許多教科書對於原裡的解釋有誤，本研究同時發現一種方法可使蠟燭悶熄後水位上升最高達 80﹪。

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。

奈米時代中半導體?業的關鍵薄膜技術是國家經濟命脈之一大要素，本研究希望藉由觀察烷類薄膜在水上的整個動態過程入手，深究其力學原理，亦即烷類液滴在水面上擴散時，薄膜的受力情形及前緣運動狀態並加以推廣，探討不同液量及混合溶液時，對擴散運動之影響；進而分析水道及廣域水面之間之差異，而能推廣瞭解薄膜動態分佈之物理機制。研究發現：造成薄膜擴張的因素，是烷類對水的附著力以及烷類本身重力與水之表面張力所造成的壓力差，會使薄膜向外擠壓擴張。又因?薄膜厚度的改變，使薄膜表層與水面之間的夾角變小，進而能增大薄膜前緣的內聚力的合力，以平衡水分子對其之附著力；也因?夾角的不同，所受到來自水的附著力之方向就不一樣，因此使得加速度值?生變化。本實驗使用之烷類－－正己烷及正庚烷，滴在水面後的瞬間就立刻向外擴張，原有類似汽油的色澤亮帶隨即消失，依據薄膜干涉原理－－得知薄膜在短時間（0.5~1.5 秒）內，其厚度降至 20000 nm 以下，但正辛烷因無擴張，其厚度太厚無色階之出現。未來將更進一步探討不同粉末、水溫、氣溫及水道材質對擴散的影響。應用於工業上，能使薄膜覆蓋之技術更臻精確完美。于日常中，亦可用於汽油品質之檢定。

今年有一架飛機從松山機場起飛，不久就墜入河中，因而死傷不少。於是我們便進行不同變因的飛機實驗，來驗證飛機在起飛、下降時會受到哪些因素影響。 飛機的機翼是上面凸下面平的；也利用這樣的設計來製作、模擬機翼，並用各種方法來實作，結果機翼真的會上升。 設計各種不同的擋風板貼在機翼上，並且設計飛機滑行的軌道（14m），結果測出了飛機降落滑行時的時間，也就是不同的擋風板，會使飛機下降滑行時受到阻擋而慢下來。

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。

太白粉溶液這類的黏稠液體受到外來驅動而產生溶液表面波或整體震盪；其圖形看似紊亂，但實際上是亂中有序的！我們使用訊號產生器連接喇叭並將溶液倒入固定於喇叭上的燒杯，利用攝影機拍攝溶液波動圖形，並使用Windows movie Maker來分析影片。探討不同初始條件下(Ex：濃度、深度)改變訊號源(驅動源)之頻率，發現相同濃度下波動種類隨溶液深度上升而增加也越複雜，但相同深度不同濃度下，則無太大關聯，於濃度Ⅲ 有較多波動現象。發現溶液具有分層的現象；發現溶液擁有記憶效應。當f=5~15時，一定頻率下的電壓值會愈來愈低；但當ｆ＞15時，一定頻率下的電壓值會增加。

目前要測量氣壓大多使用氣壓感測器，雖然便宜而方便，但其本身的體積也會影響空氣的流動，尤其是需要測量微小變化時更明顯。如果我們能使用光線來測量，就能解決這種問題。空氣本身就充滿灰塵，如果以強光照射，就會產生散射光。而這些灰塵本身也會移動，當移動速度變快時，整體的散射頻率也將會加快。比較這散射頻率，就可以得到空氣流速，進而得知氣壓。

我們利用影響水中溶氧量的主要原因有：溫度、壓力及液體的亂度。因而自製一台增加壓力、減少水亂度的『高溶氧機』。高溶氧機的製造方式，是利用抽水馬達在抽水的過程中，我們在馬達前方的水管上加裝了一支氣體流量計，利用氣體流量計的進氣口吸入少量氣體經壓力瓶的加壓及減壓閥的釋壓使氣體擴散之後，即可得直徑小於0.5 mm之細微氣泡，其氣泡相當細膩的在水中均勻擴散後使得水變成牛奶般的雪白。而加裝氣體流量計的用意除此之外，還可調整進入的氣體量，以達到最高的溶氧效果。此高溶氧機由於摒棄傳統以空壓機打入空氣之方法，不但減少設備的佔地面積，在管理及維護上也相當的方便，且其所產生出來的微小氣泡更能均勻的分布在水中，也就因為它的氣泡非常的微小且均勻，因此使得它在水中的停滯時間長達十多分鐘以上。總而言之，高溶氧機的優點有：一、省電省金錢：傳統打水車三分地需就用到四台打水車，而高溶氧機只要一台就搞定它。二、水中溶氧大大提高：養殖池溶氧量增加一倍，與打水車相較溶氧量增加約 100%~200%。三、節省能源：超級微小氣泡，在池底多停留 20min，可增長溶氧時間，節省大量電費。四、安全可靠：以水的流速吸入空氣，所以壓力不會超過最大出水壓力，沒有爆裂的危險。五、增加漁獲量：適合魚蝦養殖的底棲息性，避免害菌滋生、活化水資源、減少魚蝦得病率、大大降低魚蝦之死亡率，因而提高漁民的漁獲量。

自然界中存在著表面張力，它讓水黽浮在水面上讓大王蓮載重，所謂表面張力就是液體表面會有分子的作用形成一層膜，這層膜會將表面積收縮成為最小，這收縮的力就是表面張力。在實驗中我們利用生活中的物品，組裝出一個自製測量表面張力的儀器，水的表面張力經過水溫、界面活性劑以及不同液體的測定實驗後，發現我們自製的儀器很精準，原來許多自然科實驗不需要花大錢來買測定儀器，自己研究出來的才會有實驗的樂趣與成就感。而我們也利用各種清潔劑來探討表面張力被破壞的情形，原來清潔劑又稱界面活性劑有著親水基與親油基，親水基會跟液體表面的薄膜作用進而破壞了表面張力，不同清潔劑溶液有不同的表面張力，有些更會隨著濃度改變而變化。