全國中小學科展

物理科

如鈴聲曼妙~賽夏族臀鈴與安克隆竹琴的律動共鳴協奏曲

我們用音頻分析軟體Syaku8測定自製安克隆竹琴管長並以Excel試算各音名標準音頻,比較出的實際偏差率,可做各竹琴組修正管長的參考。 以力矩平衡原理及合弦伴奏想法來組合安克隆竹管-自製「安克隆風鈴」,並分析其共振關係,實際搖動此風鈴所產生的共振音頻聽起來也很悅耳動聽, 我們創新整合安克隆竹琴、風鈴及賽夏族臀鈴的想法,經電腦音頻測定軟體及麥克風收音,記錄安克隆竹琴、風鈴、臀鈴的單一音頻及共振音頻圖後,已可以準確的將臺灣最大的天然資產-三~五年生『竹子』轉換成校園律動的節奏樂器,希望以後能大力推廣到其它學校,讓我們臺灣的學子都能自己製作出安克隆竹琴及創新的賽夏族臀鈴,快樂的享受學校表演藝術課帶來的音樂與律動的美感!

小白球的秘密?"圓"來如此!

關於研究方法:平面滾動實驗中所使用的斜坡軌道,是仿照溜滑梯的外型所設計出來的;至於斜坡滾動實驗的U型軌道,則是回憶起暑假期間曾到遊樂園看見雲宵飛車在起起伏伏的軌道上運行時所構思出來的方法;飛行實驗的球體飛行器,其靈感是來自校園中常見的盪鞦韆。這三種實驗方法都是利用球體本身的重力當作驅動物體移動的力量來源,並以量測時間差代替距離的概念,把記錄資料的工作變得非常簡單,讓我們在有限小空間內就能做實驗,來提升實驗過程的便利性與結果的準確性。透過實驗的規劃,我們分析凹洞的形狀、大小、深度、數量與分佈對球體的運動距離遠近的影響程度,並推測最佳設計的參數。

投石"計"器 "彈"無虛發

各式各樣的投石器是最原始的武器之一,傳說阿基米德為了防止羅馬入侵,發明了最早的投石器,而唐宋明時代也為戰爭發展出類似的武器。 阿基米德的投石器,至今仍被人們時常提起,而有趣的投石器是許多小孩的夢想玩具,但當時的投石器到底長什麼樣子,已經沒有人知道,據科學家猜測,應是利用重力與槓桿原理的方式所製作,但要怎麼才能做出好的投石器並精準的命中目標呢?讓我們一起探究其中所蘊含的物理原理,動手設計、實驗,創造出最獨特又精準的投石器,一起來找尋「投石器」的特異之處和它的趣味所在吧!

空間穿越-油滴二次觸水的穿透現象

入射油滴(母油滴)與水面第一次碰撞時並不會穿透水面,但碰撞過程所產生的液柱會震盪,我們發現若液柱震盪過程中有產生分離的油滴(子油滴),則子油滴落下時跟液面進行第二次碰撞,在某些狀況下會發生穿透液面的現象,但母油滴高度並非愈高就愈容易產生可穿透液面的子油滴,經由觀察結果顯示,子油滴是否可以穿透液面與觸水時液面振動方向有關。另外我們也觀察到水面的溫度對子油滴穿透的影響非常小,但加入清潔劑的液面比較容易被子油滴給穿透了,另外我們試著縮小母油滴的體積,來觀測子油滴穿透液面的狀況。

是蛇「飛」蛇-飛蛇滑翔的力學分析

本實驗探討飛蛇在滑翔的過程中,因為身體截面積改變及體態的S形彎曲,在流體動力學上的表現,對滑翔穩定性、持久性的影響。 透過飛蛇截面模型在鉛直集風箱與水平集風箱中以不同角度量測到的鉛直後曳力、升力及後曳力,推測飛蛇張開肋骨、腹部內凹的行為,有利於其滑翔。 最特別的是飛蛇滑翔時的寬長比。一般無翅膀的動物(如飛蛇、飛鼠、飛蛙)會張開四肢及薄膜以增大其寬長比,但飛蛇沒有四肢,反而加大其體態的S形彎曲來增加寬長比,由體態S形立體模型的實驗情況,當其寬長比在1 : 1 ~ 1 : 2之間時,會穩定的滑翔,且水平滑翔距離較長。 而飛蛇滑翔的過程中不斷擺動身體及轉動尾巴,推斷是有助於其滑翔的穩定性及定向性,實驗不易,暫留待續。

衝鋒前線-空氣壓力的理論應用

本研究利用寶特瓶及水管製作好玩的水管壓力槍,藉由水管槍的飛行實驗,體驗壓力,彈頭形狀、重量對射程的影響。

軌道下陷與車輛振動頻率偏移之探討

臺灣高速鐵路因地層下陷而有行車安全的疑慮,每年耗費數千萬來嚴密監測地層沉陷。 本沉陷的測量利用商務筆記型電腦中的加速度感測器,來記錄列車行進地層下陷處的電壓變化,透過QCN Live軟體轉換成加速度值,並分析高速鐵路經過地層下陷地點時的運動狀態,以耦合系統的物理模型並用KBM漸近法分析並描述得到資料與計算沉陷值。 透過全線測量,訊號的可靠性,高鐵苗栗麻園坑段反覆驗證,物理模型的適用和正確性,計算沉陷值,也在誤差的合理範圍內。 由此顯示,此沉陷的測量方法是可行的。尤其相對於傳統的人工測量方法,這個方法更有利於迅速地測量高速鐵路地層下陷,發現轉向架避震器的異常,防範事故於未然,更可節省大量的人力與物力。

簡易光譜測量在農藥檢測的應用

本研究旨在建立光譜測量(在農藥檢測方面)普及化的基本需求,希望建構可在普遍環境下使用之光譜檢測系統。 簡易光譜儀中利用卡式馬達與感光元件(本研究中為光敏電阻),旋轉週期與測量時間差,設計公轉式感測系統(the System of Twirl Sensor,文中簡稱STS),提高光譜儀感測之解析度。在簡易光譜儀的核心目標(提高光譜科學普及度)中,加強稜鏡的可採用性。 研究中試著討論光譜和待測物的相關性,並以研究現有光譜為基礎,盼能建立連複方農藥都能預測的方式。

火龍升起-探討火龍捲的特性

本實驗分別以50、70、90度三種偏斜角度的12片導流板圍成一圈做為實驗裝置,若導流板偏斜角度、氣流旋轉半徑、燃燒面積越大或是氣流流入速率變快,火焰高度會越高。火苗以下流入的氣流會促使火焰升高,愈低處的幫助愈大,火苗上方流入的則對火焰產生抑制作用。火龍捲的火焰愈高、甲醇蒸發速率愈大,導致甲醇的液體溫度愈低,此結論和科學人的推測完全相反。導流板偏斜 70 度時,甲醇的蒸發燃燒和氧氣的供應組合會使燃燒效率達到最高,使火焰上方燃燒後甲醇蒸氣殘留量最低。對水的加熱結果說明:火龍捲裝置比起對照組,使火焰較穩定、直立,且燃燒較完全,在有開風扇的情況下,也不易被風吹斜,因此能有效加熱,其中尤其是 90 度的表現最好。

反泡泡空氣層厚度測量之探究

反泡泡是由一層空氣包裹著液體的泡泡,存在於液體之中,由於有不同於一般空氣泡泡的結構與運動行為,反泡泡的現象吸引了不少人對它進行研究,然而卻鮮少有人對反泡泡的空氣層厚度進行準確的測量。在這個研究中,我們提出一種測量方式,利用影像追蹤軟體Tracker對反泡泡在水中的運動軌跡進行記錄,並根據阿基米德原理,獲得空氣層在反泡泡中佔據的體積百分比。另一方面,由影片分析比較反泡泡破滅前後的影像,也可以測量估計空氣層包裹的液體大小與空氣層的體積百分比。比較兩種方法,我們得到相當一致的結果,說明反泡泡的空氣層厚度應在10-4-10-3cm的數量級,這與單一照片的測量結果有極大的差距,說明光的折射與反射效應對空氣層厚度的誤判有很大的影響。