物理科

本實驗目的在探討彈性棒狀體受剪應力的效果。觀察碳纖維棒在水平放置時，給予剪應力作用所產生的變形及振動。我們發現碳纖維棒在截面積大、長度短、受剪應力較大時，會產生較大的剪力彈性係數。此外在碳纖維棒長度越長時，週期及振幅越大。剪應力越大時，週期不變且振幅變大。向下角度越大時，週期不變且振幅變小。無論何種情形下，左右振幅皆大於上下振幅。當擺動物體重心遠離受力點且受力與碳纖維振動方向相反時會產生共振效果。而擺動物體重心靠近受力點且受力與碳纖維振動方向相同時會產生共振效果。週期0.6秒的擺動物體上，半徑為0.3mm、長度為24cm的碳纖維棒會產生最佳的擺動效果。

當球落下至安全平網時，彈簧秤、繫繩角度，以及網面都會有變化。我們先製作不同設計的安全平網網體，利用彈簧秤測量繫繩拉力，再利用雷射筆反射軌跡法測量球落下的衝擊力，並利用Arduino連接超音波測距器來測量網面下陷程度，驗證雷射筆反射軌跡法的準確性。再來我們利用球的位置變化來算出有、無安全平網時的衝擊力，並用透明塑膠球裝顏料水觀察受力情形。實驗結果如下： 一、球由越高的高度落下，衝擊力越大，水的震盪越明顯。 二、衝量越大，衝擊力不一定越大。 三、有安全平網時，會比直接撞擊桌面、軟墊還安全。 四、理想的安全平網是以較有彈性的材質做為邊繩、外圍框架撐平網面、繫繩數量較多、適當大小的網面，以及網孔稍小為佳。

全球暖化越來越嚴重，想知道黑白條紋是否有助於空氣的對流或升降溫，可以減少能源消耗和耗電的降溫設備等。此研究在木板上塗黑白條紋的油漆，利用粗細、顏色，測試木板的升、降溫速度。並利用紋影法觀察氣流的變化。 研究發現，任何顏色的木板都有氣體的流動和對流。其中，有黑白條紋的對流較其它明顯。也發現，黑色區塊越大對流就越強烈，如果在黑色的區塊加入適當的白條紋，對流效果比純黑色強。 最後發現，粗黑細白氣體的對流效果最大，升降溫最快，可用在一些需要快速升降溫的物品。例如：太陽能板、杯子。細黑細白條紋升降溫最慢，可用在一些需要保溫或維持溫度的產品，例如保溫箱、孵蛋箱等設備，這樣不僅可以節省電費，讓生活變得更舒適。

以木棒刮刷木製青蛙背脊上的刮齒，可以發出類似青蛙鳴叫的聲音，使用聲音擬真度的分析，發現木蛙(T2)可以產生與翡翠樹蛙主要頻率(基音)和次要頻率(泛音)相同音名的頻率，再利用自行設計的「定速刮刷錄音裝置」對木蛙不同的變因進行實驗分析，結果發現：木棒的大小與重量變化不大的刮齒(不同數量、形狀、排列等因素)，不會影響木蛙的主要頻率(基音)。而會使主要頻率(基音)變低的條件如下：1.相同材質：蛙身愈大。2.相同材質及相同共振腔大小：蛙身厚度愈厚。3.不同材質但相同蛙身大小：蛙身愈重。4.相同材質及蛙身大小：蛙口高度愈大、蛙口深度愈深、蛙口開口位置愈接近底部或頂部。最後找出以木蛙刮刷的8個音階，可以刮出自然的樂章。

本研究來自於YOUTUBE網站很熱門的影片～「太乙飛豬」飛行器的好奇，太乙飛豬是一種以摺紙方式製成的紙製有翼飛行筒，以自由落體投放時，能出現滑翔前進、盤旋等狀況。研究以改良的製作方式及自製投放裝置，針對紙製飛行筒的製作方式、機翼有無及造型、筒身配重及造型等因素，進行飛行效果的定量實驗。實驗方式測量飛行筒投放後的飛行時間、距離，並記錄飛行軌跡、落點分布，配合簡易風洞及慢動作錄影，確認各項因素影響飛行效果的結果。研究結果發現「中空環狀、上短下長的有尾造型，及前緣適當配重」的飛行筒是造成穩定飛行的主要因素，可能因白努利定理產生升力，而機翼的構造反而不利穩定飛行，但能製造「迴旋」的飛行效果。

用tracker追蹤身體定點運動數據，探索研究模式！ 軌跡加速度部份：取扣片坐姿， 選擇Y軸速率加速度，確立分析基準。踩踏Y軸端點加速度在此只是速度參數，代表此點之前半圈施力力矩的盈餘¬¬。調整車身遠離標準坐姿，發現固定轉速加速度偏大，代表一圈內有快慢，圈內升速需更用力。此外，我們用模型推出坐墊位置的調整方案，並找出身體角度影響施力的相關性。 功率計部分：測功率算踩踏力量，發現一圈內快慢加速影響功率數據波動大，可以用回歸判別合理數據。高轉速高功率，發現力量增幅並不大；大齒比需要耗更多力去對抗齒比倍率之外的額外阻力；訓練台功率比對軸心功率，機械效率為0.8。 圈整踩踏細節，結合功率力量，希望能完整描繪輪轉踩踏的力學輪廓。

魚菜共生系統中，植床內常有虹吸鐘的設計，當植床水位過高時，能透過虹吸鐘將水排出，但排水速度若太慢，則會因為注水速度太快而導致植床淹水，使水淹出植床，想解決這問題，除了改變注水速度外，也可從調整虹吸鐘排水速度的方式來進行。根據研究，通管內徑、出水管長度和出水角度會影響虹吸鐘排水時的虹吸拉力值，使得虹吸鐘排水速度有所差異，而進水縫隙、罩子內徑和罩內通管高度雖然不會影響排水速度，但是在虹吸鐘裝置中都有各自的功能。最後我們總結各實驗變因的結果，設計了一個能隨時調整進水縫隙、罩內通管高度和排水速度的虹吸鐘裝置。此外，也解決了當虹吸鐘通管內徑太大會使虹吸現象消失而無法將植床內的水排出的情形。

本實驗為探討流動珠鍊產生彈跳現象之物理機制，分成燒杯內的彈跳行為及平面上的彈跳行為。我們研究發現，反作用力無法解釋珠鍊於平面上落下時仍會產生彈跳現象。實驗顯示，珠鍊掉落的高度越高，珠鍊的流速就會越快，當珠鍊流速達到一定值時，將會發生珠鍊彈跳的現象，這在珠鍊處於燒杯內及平面上都是一樣的結果。平面上珠鍊的擺設轉折處將會影響珠鍊是否發生彈跳現象，取決於珠鍊的擺設是否有多次轉折。轉折數越多、越集中，將越容易發生彈跳。藉由高速攝影機錄影大量觀察珠鍊彈跳現象，發現珠鍊在移動彈跳的過程中都會產生扭轉的行為，而且扭轉都會呈現類似S型的形狀，此增加珠鍊的支撐力道，造成珠鍊彈起的現象。

試管鉛直向下碰撞時，可產生高直液柱，我們稱為「一觸即發」現象。研究發現：試管下落期間，管內液體所受的等效重力發生改變，放大毛細作用，使接觸角變小形成半月形對稱空腔，碰撞時液面迅速回彈形成液柱。其中，接觸角與液體種類、管壁狀態、試管加速度有關；液柱的產生則與接觸角、液體黏度、碰撞狀態有關。汞的一觸即發現象尤其特別，可透過二次碰撞激發液柱。若以連續振動將一觸即發過程重覆延伸，發現振源和介質振動頻率並不同步，當振動機驅動頻率約為液面振動頻率的兩倍時，可持續產生共振液柱且可對應到克拉尼振動模態。當模態(m, n)為(0, n)且n∈N，為產生中央液柱必要條件，若此時迅速放大振幅亦可誘發「一觸即發」。

此主題是探討水在傾斜表面上流動時所產生的水階現象。實驗結果，表面傾斜角度、單位時間的水流量、水的流速、表面粗糙度及表面材質等，皆會影響水階現象的產生。表面粗糙度越大，水階現象越明顯，水階是因為前方的水流流速因為摩擦力變慢，而後方水流追上前方，累積的結果就產生了水階現象。板子傾斜角度介於3度到60度之間皆會產生水階現象。傾斜角度越大時，其產生水階現象時的最大水流量值，卻顯著變小。原因是傾斜角度較大時，將造成水流速較快，若再加上水流量較大，大量的水就會相互覆蓋而無法產生水階的現象，因此角度大時反而要小的水流量才能顯現出水階現象。表面若為疏水性材質，造成水流集中而無法擴散流動，亦無法產生水階現象。