物理科

近年來，心血管疾病一直高居台灣十大死因的前三位。當病患的動脈有顯著的狹窄，繞道移植手術是一種解決方式。一般而言，醫生做完繞道手術後，並不處理原已嚴重狹窄的血管。但手術時若將原狹窄的血管綁住，會不會更佳？實驗是利用透明軟管建立模型，並以質點軌跡流場觀察法追蹤管內的情況。我們以水代替血液，橡皮筋顆粒作為追蹤質點，經攝影機紀錄質點流動的情形後，利用Tracker 影像追蹤軟體換算成粒子流速，再以Tecplot軟體計算管內的剪應力分佈。實驗結果顯示，繞道手術後若將原嚴重狹窄的血管綁住，使之完全阻塞，則繞道血管的血液流量、流速將明顯增加，而繞道管內的剪應力也相對較高，因此應可減低繞道血管阻塞的再發生率。

本研究用自製簡易風洞製造穩定氣流，探討不同風速下沙丘速度及成因，研究得知沙子種類及性質皆會影響沙丘的形成，但特定風向皆能形成新月丘，所以利用保麗龍球來取代沙子，用顯著之運動探討在不同條件下沙丘成因。實驗中設計單峰型態(不同高度) 在不同風速的比較，並探討雙峰間風速不同所對應關係。發現單峰實驗風速與移動速度為正成長，而單峰起始高度則與移動速度為負成長；雙峰沙丘因前峰所受風力較強，因此速度也越快，結果就能與後峰互相結合。本次實驗証實移動速度受幾個因素影響:1.風力，2.地形。望能建立特定氣流沙塵移動方程，並完善參數，若配合大氣模組參數建立風沙預測系統，可減緩沙漠化，並建立沙塵暴預警措施。

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！

平時易見花瓣形式之水花，主要是水滴滴撞到淺薄液體時所產生，相較起厚水層的碰撞，須有較大高度才能產生水花，却也同時伴隨不必要的水柱噴濺。為單純研究水花的可能瓣數，利用淺水層相當容易產生水花，此時水花瓣數與大小有一定的數量範圍，我們分別以碰撞速率、水滴大小與薄層液黏滯性來探討影響的效應，同時發現到薄層液碰撞出的水花，與水滴在硬物上的噴濺形式有原理相似處，而透過後者的噴濺點分佈進行解釋。

在上一屆(第53屆)學長學姊的科展中，我們曾經實際參與實驗操作過程，覺得彈簧垂直吊掛砝碼的測量方式，可能會在掛鉤部分會造成誤差，所以我們參考市面上販售的水平式測量拉力計，雖然覺得可符合實驗需求，但唯一缺點是價格太昂貴，於是我們決定自行製作拉力計。在鄰居磅秤行老闆的協助下，設計出經濟又實用的拉力計，並展開實驗。經過一整個暑假的實驗後，我們針對彈簧在彈性限度內研究，發現彈簧的新舊程度確實會影響其k值，進而可能影響到測量功能，對每一條彈簧測量功能的影響而言，則會因每次實驗而不同，且k值整體上有漸漸下降的趨勢。彈簧第一次使用(全新)時，k值會特別大，但經過多次測量後，就會接近虎克定律中所謂的穩定k值，即在彈性限度內，拉力與伸長量成正比。

我們利用現有的實驗器材來製作氣體體積與溫度變化觀測工具，測量範圍在42℃~30℃之間。我們將觀測的數據，用Google試算表做資料分析，發現氫氣、乙炔、二氧化碳、氧氣這四種氣體，和查理定律中「氣體體積與溫度變化呈線性關係」相符。而查理定律中提到，當到達絕對零度(-273.15℃)其物質總體積為零，於是我們推算當氣體體積為零時的溫度，結果發現，當乙炔體積為零時，其溫度是-279.3℃，最接近絕對零度。而在應用上有氣體溫度計，氣體溫度計被用在精密的測量上。在這個實驗中，我們學會了利用現有的器材解決問題，並且不斷的改良我們的測量儀器，使其更好操作、精密，並可以利用這種態度去自學，讓學習更深更廣。

從飛行穩定性來探討物體的飛翔，發現翼面積大小、展弦比、後掠翼、翼面配重是影響穩定性的要素。所以要設計穩定飛翔的飛機必須強調適當翼面積大小、展弦比、後掠翼，以及翼面配重重量與位置必須適當，配重位置應該靠近翼前緣效果較好，甚至利用延伸出翼面的方式，能以較輕的重量達到下壓翼前緣的效果，避免失速；最後還發現垂直尾翼可有效改善偏航現象。本研究還觀察出翼的上反角有助於防止飛機滾轉，進而設計風洞實驗，發現錐體能穩定不翻滾；因此推論秋行軍蟲的翅膀與身體如果能形成近似錐體，就能在氣流吹襲下，穩定停留在空中，進而飛越千里來台。了解以上這些影響飛行穩定性的因素後，實際用在所設計的飛機上，可讓飛機飛的又穩、又遠。

日本開發出一種不鏽鋼扇，浸水冰凍後可搧出像冷氣般涼風！我們對此節能減碳又能在炎夏保持涼爽的發明深感興趣，便設計實驗探討。首先想知道哪種形狀的扇片能搧出較強風。實驗一、二知，以梯形的下底朝目標物搧動，可產生較強風。其中，我們設計了一較靈敏的單摺葉片風車，用以測量風力強弱。再來，將不同材質梯形扇浸冷水、浸冰水和浸水冰凍，想知道哪種狀況下可搧出較涼風。實驗三～六得，降溫效果最佳的並非不鏽鋼扇，而是鋁扇。且扇片本身溫度愈低、鑽孔數愈多、厚度愈厚，對氣溫降溫效果愈佳。此外，我們另設計一種蠶絲紙扇，能降低氣溫最多，缺點是降溫時間很短。最後，我們發現降溫效果主要不是在大幅降低氣溫，而是在延長降溫持續時間。

『冒泡的美』引領我們進行一系列泡膜力學探索。泡膜形狀的變化，因操作變因而隨之改變。本實驗我們採用攝影方式，截圖分析、觀察與測量。實驗分:一、兩鐵絲線圈間開放泡膜的拉鋸，觀察泡膜的形狀改變；二、單一封閉柱狀泡膜在上下出接口間改變垂直間距，觀察泡膜曲率半徑變化相關性。探討得兩鐵線圈直徑與兩泡膜間最小圓徑的關係式1/R1+1/R2=1/D，是為開放泡膜力學平衡所致；在單一柱狀泡膜會出現上、凹、下三個曲率半徑，泡膜在破裂前的平衡穩定狀態之曲率半徑相關方程式1/ro =1/rB+1/rA，是為液體表面分子收縮於最小表面積，呈現壓力平衡的現象。

生活中發現線軸會因拉線角度的不同而收放自如，此現象激起了想探究的決心。我們初步發現線軸在不同變因下會有一個特定的臨界角θc而改變其滾動方向，因此本組選擇了拉力大小、線軸重量、線軸內外徑比值及不同接觸面性質(靜摩擦係數)作為實驗的四種變因，並設計了「線軸收放儀器」來進行實驗探討。為了精確測量臨界角，實驗時儀器中的粗調裝置是利用螺帽固定螺旋桿以大範圍調整定滑輪的升降高度，微調則利用指針帶動螺旋桿轉動角度來微調定滑輪的升降，將實驗過程攝影記錄，並再利用Tracker分析物體改變滾動方向時的臨界角。實驗顯示，影響線軸滾動方向的臨界角大小，和線軸之拉力大小、線軸重量及接觸面性質皆無關，只和線軸內外徑的比值有關，即cos ⁡ θc=r/R。