物理科

用手指當作支點，利用槓桿原理和相關物理原理，將筆桿在五指之間的空隙來回轉動，做出如行雲流水般的技巧，這就是「轉筆」。轉動筆桿跟握筆手勢與施力位置有相關，要成功的轉動筆桿而不是彈飛掉落，須符合3個條件：1.筆桿長度需適當（＞12.0cm）；2.筆桿重量不能過輕(＞8.0gw)；3.要掌握注重心調整支點位置。而我們也發現：1.筆桿越長，轉動越順(以15.0~25.0cm最佳)；2.筆桿兩端平均增加重量，轉動越容易成功；3.直徑1.0公分的筆桿最好轉動；4.螢光筆最容易轉出各種技巧；5.有蓋的筆，須將蓋子移到另一端，增加長度與平衡重量才好轉動；6.大部分的筆都適合正轉與迴旋；7.按壓筆會因為筆夾影響反轉及彈筆，要注意拿筆的方向，才能順利轉筆。

「廢電池」的電壓已不能讓原有電器正常地使用，但其實裡面還是留有電力。因此我們想要探討如何有效地取出這些能量並加以利用。 先分析「焦耳小偷(Joule Thief)線路」，接著討論影響榨出電力的因素，如線徑、線圈數、繞法、鐵芯大小與形狀等。結果發現增加線圈的圈數、適當的疊繞在鐵芯上可以進一步提高電壓，振盪頻率與責任週期也會同時受到影響。 我們創作出「整合型廢電池電力榨乾裝置」，實際回收廢電池並榨出電力。接著發現一顆廢電池約可榨出六百多焦耳的能量到超電容裡，經我們測量的機械效率反推可知，廢電池的電力應該還有兩到三仟焦耳之多。 這些榨出的電力未來可以應用在耗電功率較低的綠能電器或是透過「假電池」的設計讓廢電池起死回生。

本研究主要觀察葡萄在汽水中吸附二氧化碳氣泡而上升下降的浮沉現象，因此我們構想如果能研究出讓葡萄在汽水中穩定移動的條件，或許我們可以建構出不用電力也不用鋼索的未來式電梯藍圖。 當我們選用蘋果西打作為實驗用的汽水，並控制葡萄的變因，以及以半剝皮葡萄的方式呈現，則效果最佳；若要藉由鹽析效應與小蘇打水與檸檬酸產生二氧化碳的方式時，同樣的控制葡萄的變因，將葡萄以不剝皮的方式呈現時效果最佳；使用小蘇打水加醋也可以讓葡萄有上下浮沉的現象；當在葡萄外表塗上指甲油可讓較多的氣泡吸附，但是必須克服移動次數少的問題。最終我們發現最佳的條件為：８公克且密度大於或等於１的半剝皮的葡萄配合蘋果西打的浮沉效果最佳。

我們研發「液壓手臂降落器」進行「圓錐型潛艇」的沉降實驗，發現潛艇以『頂點朝下』或『頂點朝上』的方式沉降至水底的姿態大不相同。本研究則讓潛艇以『頂點朝上』方式落下，它在水中會先180度翻轉後，再左右搖擺下潛至箱底，沉降路線猶如一個「?」-大問號，引發我們想對「問號」裡所隱藏的科學奧秘追根究柢! 研究中發現「圓錐型潛艇」的高度、斜邊長、口徑、重量、對稱性，都會影響其在水中的沉降現象，我們還利用潛艇頂點「朝上/朝下」而「有/無」翻轉現象的特點設計一款【翻轉力道量測儀】，而各式潛艇所量測出的翻轉力道竟與其在水中的翻轉距離有高度相關!最後在圓錐型潛艇上裁剪出V型、扇葉等變化，讓潛艇可在下潛過程中邊旋轉邊沉降!

本實驗創新之處為不耗能的自然抽氣都可以達到需耗能的強制抽氣效果。為了證明抽氣會減少邊界層厚度而降低阻力係數，進而達到減阻的效果，我們做了以下實驗：壹、在不同風速(wind speed)下觀察圓柱細線擾動的位置，比較層流(Laminar flow)和紊流(Turbulent flow)分離點的位置，當風速愈大時，分離點往前緣發生；貳、利用不同風速比較光滑圓柱、自然抽氣(Natural ventilation)圓柱和強制抽氣(Forced ventilation)圓柱之下的圓柱阻力，並分析阻力係數(Drag coefficient)差異，發現強制排氣小孔圓柱(加引流孔)是五組中阻力係數最小的，實驗證明強制抽氣加引流孔減阻效果可達三成多。

滾子(橡皮圈、踏墊圈及彈簧圈)在轉盤內滾動時，會產生滾動、滑動、跳動、滾滑、跳滾等各種運動現象，亦會有下凹、前凸、上凸、後凸、橢圓、擴張波動... 等各種形狀的變化，並伴隨著滾子周長的增加。透過本實驗可驗證滾子的運動模式受到轉盤跟滾子的接觸面性質、轉速等因素的影響，而滾子在轉盤速度產生改變時，會因為摩擦力及重力的影響，產生後退或前進的現象。透過分析錄影檔，可計算出滾子的後退角及臨界轉速，促使滾子後退角產生改變的因素除了轉盤的材質之外，原因尚有其質量與表面狀態的差異。除此之外，我們又延伸出其他不同材質、大小的轉盤及滾子，嘗試各種組合，也因此發現把彈簧作為滾子時，能觀察到明顯的共振駐波...等有趣的現象。

本研究欲探討不同材質對於電磁波訊號之阻隔情形、不同發射器之訊號穿越金屬網時所產生的差異、以及不同類型金屬孔隙對於電磁波傳遞所造成影響。從實驗結果發現： (一)鋁箔紙及鐵片等金屬物阻隔Wi-Fi電磁波效果很好。 (二)偏光片為塑膠材質，無法有效的阻隔Wi-Fi電磁波。 (三)波長愈長之電磁波訊號，在穿越狹小縫隙時，訊號愈容易往兩側分散。 (四)金屬柵欄愈稹密，Wi-Fi電磁波由中央往兩側下降的幅度會愈緩慢。 (五)電磁波的電場振盪方向與金屬柵欄互相垂直時，會產生繞射現象。 (六)Wi-Fi電磁波穿越孔隙與波長相近或略大的金屬柵欄時，會產生明顯強弱相間變化。 (七)Wi-Fi電磁波穿越直徑相近或略大於波長之圓形孔洞時，在垂直於電磁波振動方向會繞射條紋。

在一次科學活動中，我們以綠色雷射光照射玻璃瓶底，出現了特殊的干涉圖紋，我們對這種美麗圖紋形成的原因感到好奇，我們想要探討其形成的原因原理、現象及時機，進而試著找出形成圖紋的規律性。 一開始我們先從引起我們注意的玻璃瓶底開始著手，之後用了玻璃圓盤上的各種圖形，用雷射光照射，所形成的干射圖紋當作探討，接著試著找尋其他物質是否可以取代玻璃罐，過程中發現光所照出的形狀似乎與材料有關，所以試著進而找固、液、氣三種物質經雷射光反射跟折射的圖紋，能不能模擬玻璃罐照出我們要的形狀，最後再用能較能自如控制形狀的熱熔膠在載玻片上塑形來進行光的實驗找出特別的連續曲面、折射及干射圖紋，希望能利用這些方法找出一些規則。

在旅遊時看到一座特殊的酒架，上面的酒瓶看似漂浮在空中，而感到好奇藉此深入研究酒架。 影響酒架平衡的變因有，包括酒架的穿孔角度、傾斜角度、側面底面寬度和正面底面長度、酒瓶的長短大小、瓶中裝的內容物多寡等。在研究中，發現不同的酒瓶，會有不同的平衡範圍，酒架是有一個掛重的範圍的而不是一個固定值，當酒瓶越輕時，酒架的水平夾角要越大甚至接近９０度，較易達成平衡；當酒架傾斜角度加上穿孔角度，如果大於或等於１８０度時就一定不能平衡，當左右力矩大約相等時，重心落點就會落在酒架的底面範圍中而平衡。 我們利用齒輪來改變穿孔角度，與可拆換的傾斜角度控制板來改變底面積及水平夾角，成功做出一個能置放多樣酒瓶的廣用酒架。

架設陀螺發射裝置，發現陀螺的轉動時間可能受到陀螺重量、陀螺軸高、陀螺盤面大小等因素影響，因此分別以上述三個因素為操縱變因製作不同的陀螺來探討陀螺的最佳設計方式。