物理科

隨著全球氣候暖化的影響，世界各地紛紛出現乾旱、缺水等嚴重問題。根據資料顯示，臺灣年降雨量遠高於世界年降雨量的平均，但卻排列在世界缺水國家中，原因之一是蒸發掉約284億公噸的水 (2014年)。因此，我們利用模擬水庫，以鎢絲燈和UV燈來模擬陽光，在模擬水庫上放入實驗遮蔽物，來觀察測量水位和水質的變化；找到最佳遮蔽物後，取水庫水進行戶外遮蔽網的實驗。 實驗結果我們發現，水面覆蓋率高的遮蔽物會使水蒸發的速度下降；黑色的遮蔽物能降低水蒸發的速度；小寶特瓶內有抗UV黑布的遮蔽物能降低水蒸發速度及對水質維護有最好的效果。 希望我們研究的遮蔽網能資源回收再利用，將來能夠成為大家日常生活上保水、淨水，最經濟實惠的好方法。

只要輕輕地轉動竹籤，水就能從吸管口噴出，「吸管抽水機」是甚麼原因讓他能輕易的抽出盆子裡的水？這一切實在太神奇了。 實驗結果，我們發現吸管抽水機能抽出水的最大因素是「轉速」。「轉速」愈快，抽水機抽出水的速度越快，噴灑的範圍越大，但出水的角度不受影響。而吸管抽水的兩腰「粗細」、「角度」及「長度」的不同，會直接影響到吸管抽水機的「轉速」，而造成噴水的速度、噴灑範圍的不同。 而抽水機的「轉速」，會使抽水機產生一股「離心力」，使得吸管壁內的水往外甩出；同時吸管抽水機轉動時，也造成吸管口的壓力減弱，促使下方壓力大的水被擠壓從吸管口噴出，而這種現象就是所謂的「白努力定律」。

本研究利用風力引進屋頂室外空氣，來降低室內溫度。將屋頂空氣引進室內有三項基本要求：「進氣效率高」、「防水效果好」、「能依風向轉動」。利用風洞與風速計測量「各種形狀的通風開口」、「對風向不同角度開口」的排吸氣速度，發現開口面對風向時進氣速度最快，找出吸氣效率最佳的方向後，再以氣水分離器的離心原理設計能將空氣、雨水分離的的管道，加上能隨風向轉動的開口，完成能以360度風向防水進氣的裝置，經模擬實測結果，自製的防水進氣裝置，在有風的晴天時，最多能降低室內溫度14.3°C（如實驗八數據）。

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。

透過文獻整理，我們發現大部分的研究結果顯示出電壓、電容、螺線圈的粗細、匝數以及子彈質心位置等變因會影響發射威力。在電容的研究中，有提到當電容量增大時，發射速度會上升；但是電容量再更大，速度則會下降。我們覺得這個現象很奇怪，為什麼不是電容量大速度就無限上升呢？實驗後我們發現，在固定電壓時，電容量在一定範圍內，發射速度有極值。若此時再提高電壓充電，不僅發射速度會下降，繼續增加電容還會有子彈反向射出、折返後再射出的情形發生，亦即發射速度會隨著電容大小而振盪。就我們所知，這是以往的科展研究中從沒被發現過的現象，經過我們設計實驗仔細測量與分析，我們認為這與電容放電的時間常數有關。

本研究從菲律賓「A Liter of Light」計畫出發，想探究影響寶特瓶燈泡在室內照明表現的各種因素。我們發現瓶子的有無、瓶蓋的透明與否對空間照度表現影響很大，而瓶身顏色、曲度、瓶底紋路能在空間裡達到「以光作畫」的效果，且瓶中水位高低、平移距離、瓶身距地面高度、瓶口與燈源距離，都能因應需求而調整出適宜的照度。此外我們還研發出「寶特瓶燈泡光線射出位置檢測儀」，能準確驗證光源入射與射出位置的相對關係，更在置入白粉筆粉末的滿水瓶中觀察到雷射光源不同角度射入瓶中的行進路徑。我們用一整年的假日、週三下午等時間完成此研究，發現物理世界中的奧妙之處，付出再多的辛苦也值得。

本文主要在探討以刮痕組合而成的鏡面全像圖之運作機制以及其背後的物理意義，並且嘗試建立一理論數學模型以分析預測此立體影像。另外並探討實驗中的多種變因──入射光、反射光與平面的各種夾角，距離，及半徑──之間的關係。待做完不少的實驗之後，我們發現實驗結果竟與我們的理論模型相當的吻合，此外也說明了立體圖形成像之位置。除了以上討論的理論與實驗之契合，本文亦指出了此理論之適用範圍及限制。

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。

本篇研究細繩落下後的圈繞現象(Coiling of rope)。經實驗發現：圈繞出的繩圈之直徑D、週期T，隨著細繩的初始高度H、下落速率U、線密度p的不同而有所差異。也觀察到初始高度或下落速率在某一範圍內，細繩才可圈繞出圓的圖樣。若不在其範圍則無法穩定圈繞出圓，將隨機出現8字形或花瓣形圖樣。我們試著找出繩圈之直徑、週期與初始高度、下落速率之間的關係。若設D=αH1/2U ，α為一待定數。在我們測量的範圍內，無論何種初始高度，隨著下落速率的增加，α均趨於0.06公分-1/2·秒 。

市售棉心式白板筆是以毛細現象將墨水儲存於棉心，當墨水過量會有漏墨問題或無法將墨水以毛細現象完全導出。本創新直液式白板筆是類似鋼筆方式儲水，其物理原理與舊型棉心式完全不同，它是以內外壓自然平衡來導引墨水，實驗中以棉心吸水效率、墨水損失率與色彩分析相關的實驗驗證下，其可改善舊式白板筆的缺點。但新式白板筆仍會受環境溫度與壓力變化而有漏水狀況。本組以自製測試設備輔助下，模擬了溫度對應壓力的變化、墨管內空氣與墨水膨脹率不同產生漏墨與高山大氣壓力降低導致墨水溢出的實驗。根據實驗結果本組進一步設計以針筒活塞來調整壓力的新式白板筆，完全解決了漏墨的缺點，且此環保可重複使用的設計是值得持續研究與推廣。