物理科

探討如何將水火箭拋射得更遠的試驗之後，本研究的結論：⒈水火箭瓶內要裝水。至於裝入水與空氣的比例，依本研究而言是水量120ml/空氣480ml(1：4)，水火箭被拋射的最遠。⒉裝入含洗衣粉濃度越低的水，水火箭被拋射的距離較近；含洗衣粉濃度越高，水火箭被拋射的距離較遠。⒊瓶內壓力越低，水火箭被拋射的距離較近；瓶內壓力越高，水火箭被拋射的距離較遠。⒋瓶內的水溫越低，水火箭被拋射的距離較近；瓶內的水溫越高，水火箭被拋射的距離較遠。

校園中經常看到同學綁的頭髮(俗稱：馬尾)在走路時會擺動，但是有人的馬尾卻又絲毫不動，甚麼因素影響馬尾的擺動狀況呢？ 本研究主要以錄影方式紀錄受試者頭髮擺盪的情況，透過影像軟體分析數據，以頭髮條件、身體條件、身體運動速度和不同人格類型的四個面向探討與頭髮擺盪的關係。並輔助以模型模擬頭髮數量、頭髮長度和身體擺動頻率對頭髮擺動的影響。 研究結果顯示，走路所造成身體的擺動是主要影響頭髮擺動的關鍵，走路頻率、走路步長和頭髮擺動頻率、擺角都呈「正相關」；頭髮長度、厚度和頭髮擺動角度呈「正相關」；身高、體重和頭髮頻率呈「負相關」；頭髮綁低位置和內向人格類型的馬尾擺盪比率較低。

本研究探討磁鐵在金屬管中落下時，掉落時間（渦電流效應大小）與各項變因間關係。我們發現金屬種類、管徑、管壁厚度、及是否有缺口等因素均會影響鐵掉落時間。接著進行磁鐵在金屬管中的運動理論分析，並建立Z軸運動方程式，再與實驗數據進行比較分析，發現理論與實驗數據可相互驗證。我們又自製「簡易分幣機」，並探討影響「分幣效果」的各項因素。發現分幣效果是依照硬幣成分排列。最後自製製作「腳踏車下坡安全強制減速器原理模型」，並設計「腳踏車下坡強制安全減速器雛形」。並以自製轉速計此測試減速效果。減速器正進行第三代測試中，希望利用簡單器材，製作出環保又實用的「腳踏車下坡強制安全減速器」以減少下坡時產生的意外事故。

本研究從傳統科學遊戲「雷射聲波筒」出發，自行研發出既安全又能精準量測聲源透過氣球皮振動而反射出圖形變化的【聲波振動顯現儀】，發現聲音的頻率、響度皆會影響投射至方格屏幕上紅點圖形的長度及形狀變化，其中尤以介於140~300 Hz的低頻音較容易使氣球皮產生大幅的振動，且響度越強圖形長度也會隨之變大。 而氣球皮的面積及緊繃程度亦會影響投射至方格屏幕上紅點圖形的變化，最後我們更成功研發出【聲波振動模式檢測儀】，能檢測氣球皮受聲波擾動位置及生成圖形間的關聯性。 我們用一整年的假日、週三下午等時間完成此研究，發現物理世界中聲與光的奧妙之處，付出再多的辛苦也值得！

我們發現貝殼旋轉能產生漩渦，進一步探討變因、原因和應用。研究過程中，我們自製漩渦檢測裝置，設計量化漩渦的方法。經過實驗得出下列結論： 1. 貝殼最佳放置方式為「開口在上、逆開口轉、開口不封」。 2. 製造漩渦效果較好的貝殼形狀為「紡錘形、棍棒形、琵琶形和梨形」。 3. 推薦最佳製造漩渦貝殼為「玉女象法螺」！使用3V電壓時推薦使用「黑長香螺」。 4. 推論貝殼容易製造漩渦的原因為：(1)為雙錐造型；(2)外型有螺旋向上紋路；(3)內部有螺旋向上的螺管。 5. 3D列印貝殼模型與中心縱切片都能製造漩渦。因此可人工大量製造與應用，不會有貝殼生態保育問題。 6. 製造漩渦貝殼可應用於「中心縱切片取代螺旋槳、360度打氣機、貝殼旋轉冷靜瓶」。

發現內凹空心紋路一開始會降低風速，寬度超過一定比例會讓風速緩慢提升，而外凸空心紋路發現寬度越高流速越慢;空心凹紋範圍越大流速越快，空心凸紋範圍越大則流速越慢;而紋路深度越深流速越慢，其中凸紋越薄時康達效應越明顯，越厚反而是亂流越明顯;形狀的部分針對凸紋，發現空心形狀紋路球側流速大小為正六邊形 > 正方形 > 星形 > 正三角形 > 圓形 > 正五邊形 >，實心流速則為正方形 > 正三角形 > 正六邊形 > 圓形 > 星形 > 正五邊形。 而球體受風角度越大，其側面流速越快，導致球頂流速變慢;球體越大亂流越明顯且球側流速會越慢;環境空氣溫度越高，因空氣密度變小，讓側面流速變快;空氣振動頻率對有無紋路影響不大，但頻率越高，其流速變化越穩定。

自然課學到弦的鬆緊和長短會影響聲音的高低，老師用吉他弦說明改變弦長後，音高就會跟著變化，我們對吉他能發出各種樂音充滿好奇，改變一個振動弦的音高除了用吉他上的旋鈕改變弦的鬆緊度，也可利用縮短弦長的方式提高振動頻率，弦振動的頻率代表聲音的高低。當我們拿儀器測量吉他弦的振動頻率，發現每條弦振動時都不只有單一個頻率，還會伴隨一些頻率的產生，查詢網路上關於弦振動的一些知識，知道弦振動的模式相當複雜，於是我們特製一個三弦琴，專門研究這些頻率和樂音的關係，依測得的頻率數據，發現弦振動時所產生的各種頻率和樂器使用的樂音有奇妙的關聯。

本研究利用加裝塑膠翼片的保麗龍球，觀察球體在水中浮升的軌跡、升速和轉速，並比較相同球體在風洞中的表現異同。 在水中只要二翼球體升速和轉速比值(升轉比)≦6.8，六翼球體≦8.04，便能垂直穩定浮升，以角動量穩定球體尾流產生的振動。翼玄和翼展愈大，攻角愈小，都能有效降低升轉比。我們再複合水平旋翼和側翼，以側翼破壞維持穩定的角動量，使球體以螺旋軌跡浮升，增加上升時間、改變橫移幅度和轉速，並推導出柱狀螺旋方程式。 在風洞中，展玄增加及攻角減少，也同樣可以提高轉速維持穩定性。根據前述研究結果，我們設計(1)氣體流速計：可根據振幅，量測1.5m/s到4.0m/s的風力變化。(2)潛水員定速浮升器：調整旋翼攻角、展玄尺寸和浮球大小來控制升速。

實驗中我們發現，光柵板的校準線對於整個實驗有很重要的影響因素，包含校準的底圖線寬、校正距離，底圖太寬或太細都會影響圖形的大小以及可視角，校正距離我們認為比較像焦距，校正距離決定了這張底圖最適合觀賞的距離，另外光柵板的厚薄更影響著這張光柵板適合製作變圖還是3D效果、連續動畫等因素，厚板變圖快、圖數多適合連續動畫與3D；也可以增加底圖的數量，把底圖由雙圖改成五圖，則可以增加圖形的出現數量，更適合製作動畫，我們還發現不同的合圖法可以控制圖形出現的順序。

我們以PVC水管複製還原雲南古老樂器「吐良」，雖然看似簡單的只有單一吹孔，但在管子的兩端開口用不同按法及吹入不同氣流下，音高會有不同的表現！最後歸納出它可呈現的音階排列。發現：中國古老樂器沒有Fa音和Si音，只有Do、Re、Mi、Sol、La，果然就是我們中國音樂裡說的「宮、商、角、徵、羽」中國五聲音階。