物理科

我把兩顆半徑相同的圓球體黏著在一起，在平面上轉動雙珠並用手機從側面與俯視拍攝其運動影片。將拍攝影片匯入電腦，隨後利用軟體Tracker，研究雙珠在不吹氣的情況下，其運動的型態，並且從受力狀態推論其成因。接下來操縱不同半徑的雙珠和對雙珠不同的吹氣方式來觀察對其運動型態的影響。研究發現，雙珠的半徑與不同的吹氣方式造成的力矩對雙珠運動皆會有規律性的影響，因此嘗試建立理論模型來解釋實驗結果的規律性。在最後的進階研究探討，不僅由實驗結果再度驗證上述理論模型的適用性，也發現雙珠運動在磁攪拌機的磁力趨動下也呈現出進動現象。

在市面上，我們時常見到像透明塑膠袋、透明背包和透明鉛筆袋等，使用塑膠等穿透率高的材料所製作而成的商品，而每一種顏色和其厚度對穿透率及反射率的影響也很高，因此在這次的實驗中，我們定義新的照度單位Arduino，並且將探討顏色、厚度與穿透率、反射率的關係，利用不同顏色的塑膠袋製作出不同厚度的塑膠膜，並黏在挖空的厚紙板上，找出常見塑膠袋顏色、厚度其穿透率、反射率的高低，並且藉由其反射率的規律關係，藉由量化的結果，協助色盲或無法辨色人士辨識顏色。

本實驗主要是在探討pipette熱噴泉的現象，我們先觀察到了將吸入熱水pipette倒轉過來會有水噴出的現象，並設計適當的實驗方式與裝置加以詳細探討。研究的目標是找出影響噴泉最大高度的各種因素。實驗中我們改變熱水溫度、水量比例、滴管大小、滴管口徑、倒轉速度等，觀察各種變因對高度造成的影響並分析研究。找出這些因素如何影響熱噴泉噴出高度的關係，並進一步探討它的原理與建立理論模型。由我們的研究成果得到了一些相當不錯的結果與結論。

我們發現黑白條紋的組合具有緩升溫的效果，在不同條紋密度比較時，可以將寬度分成三群(0.2cm，細紋，寬紋)，條紋愈細，緩升溫效果愈好，但小至0.2cm時效果不佳。在黑白條紋系統中，不論1.5cm(細紋)或3cm(寬紋)，外部黑條紋溫度都比白條紋溫度低，而內部則是黑條紋比白條紋高，如此會形成溫差，而有對流現象。我們以銅管模擬條紋溫差，無論溫度是上冷下熱或下熱上冷，經迴歸分析後發現對流速度都與溫差成正比，並具有高度相關性。我們認為黑白條紋內部跟外部皆形成溫差但方向相反而造成對流方向不一樣，產生熱逆對流機制的效果，使熱能不易進入瓶內，具有緩升溫的效果。

本實驗使用紅色雷射光觀察與分析電解質與非電解質的溶液擴散界面狀況，發現電解質的擴散較快，不容易出現閃電狀的界面；非電解質的擴散慢，且可能因為氫鍵，不容易快速擴散，閃電的界面容易出現；本實驗重要的發現在於擴散界面會出現有規律的”擴散隧道”，發現電解質的擴散隧道比較快出現，快消失，流動速度快；非電解質的擴散隧道比較慢出現，持續時間長，流動速度慢。在擴散隧道的流動速率分析中，發現電解質的擴散隧道流動速率快，非電解質之擴散隧道流動速度慢，且溫度越高，兩者之擴散隧道速率皆有提高現象，且速率突然變快的溫度臨界點電解質約位於50-65度、非電解質約位於65-80度。

我們看到了一段關於水錘送水機的影片，引發對水錘現象的興趣，在瀏覽過一些相關資料之後，我們決定設計實驗來進一步了解此現象，而最重要的壓力計在我們奔走於各學校之後終於有了著落，我們開始組裝實驗裝置，並且在實驗過程中遇上問題時不斷改裝它。我們以壓力計來測量閥門快速關閉時所產生的壓力波，並比較其對流速的關係及其遞減的圖形。而在過程中我們發現電磁閥關閉時產生的壓力波的第一個波峰特別小，於是我們也試著去探討造成此現象的原因。接著我們在一些文獻中發現快速打開閥門會造成類似水錘的負水錘現象，所以我們也利用分析水錘現象的方法來分析它。最後我們重新組裝一個能夠同時關上水管兩端閥門的裝置，來觀察二壓力波干涉的圖形。

本研究自行發展了自製音箱與撥弦工具，並試圖對不同形狀的音箱、不同的音孔數和不同的音孔形狀進行操縱，最後我們獲得了16組實驗數據並進行交叉比對，同時對各種組合音箱的最大響度進行比較。結果發現最大響度順序為：正方形音箱搭配正方形單孔音孔板＞長方體音箱搭配正方形雙孔音孔板＞橢圓柱體音箱搭配正方形單孔音孔板＞圓柱體音箱搭配正方形雙孔音孔板，由此得知：底面為矩形的音箱＞底面為圓形橢圓形的音箱，且單孔效果較雙孔好，正方形音孔表現最佳。

水在鋁面之間受力外力作用時，鋁面下移及上拉畫出受力的F-x圖不一致，圖形所為面積即損失的能量。 為了解釋能量散失，建立兩種能量損失的機制(模型一及模型二)，定義物理量：「等效摩擦力」及「損耗係數」討論水的特性。 調製不同黏稠度的CMC水溶液，分別測其等效摩擦力及損耗係數，以及形變時的F-t圖。驗證並解釋液體形變，液體種類的不同，能量損失情形也不同。 由液體形狀的面向，以「紙片模型」再探討。透過曲線擬合液體外形，發現液體受壓向下時，固液交界面有作用力影響液體形狀。 兩者計算出的等效摩擦力相當接近，因此可說是本實驗結果的雙重驗證。 最後以障礙張力Barrier tension表示固液界面的張力，其值與水表面張力接近，代表兩者共同影響形變外形。

我們用不同面向探討可能影響氣槍聲音大小的變因，卻發現預設變因中，只有扣下板機的速度是重要的，其它的變因氣壓不同、槍管長度、槍管粗細、氣壓腔大小等竟然和預期的不同，沒有什麼明顯的影響力。 我們希望保持氣槍的威力，並同時降低槍聲的音量，參考相關設備及文獻後，提出不同解決方案，但因為自製氣槍的子彈是套在槍管外，與一般內嵌式的槍隻不同，導致一般使用的方法並不適用於此，最終發現加上外套管即能有效地降低音量，並提高射程。

為了做出太魯閣木琴標準化製成的標準音，我們以Gold wave軟體分析太魯閣木琴的音色。我們測量三組木琴，外部形質的長短和粗細沒有規則的排列。敲擊同支木頭5點不同位置，頻率有顯著差異。敲擊木頭中間點能發出悅耳及穩定的樂音(頻率誤差在0.001到0.241)，旁邊4點可增加樂音變化。木琴底材改為木板時，頻率會增加，且能將不穩定的音色做修飾；底材為鐵板時則沒有規則性。木頭材質不同時，音色也有所差異，鹽膚木音色較輕脆，而油桐木較低沉。將木琴架高至5.3、21、42、47、69、74公分時，有穩定的樂音。則高度在69公分(方便站著演奏)時，將木琴下方放置木板底材，聽起來會有悅耳的樂音。