物理科

我們從網路發現超音波居然能讓保麗龍粒懸浮在空中！對聲懸浮產生興趣後，我們自製能調整高度的檢測裝置，進行聲懸浮變因和移動的探討。 我們歸納最適合MiniLev聲懸浮裝置的換能器是上T下R頻率40 kHz、直徑16mm、開放型、收發分體，最佳懸浮高度為15mm，第二節點承載效果最佳。當高度改變，新節點是以「上下交替」方式增加，造成保麗龍粒上升距離為拉高高度的一半。 我們發現焦距15cm凹透鏡適合當反射板，防水且懸浮效果更佳，可取代不防水的換能器R。薄片適合當懸浮物，懸浮穩定且因「下大上小的順時針螺旋形力道」造成自動旋轉效果。色紙經手工或雷射雕刻機設計與切割，能製作可懸浮與旋轉的美麗造型，藉由控制高度還能改變轉速，是值得推廣的科普活動！

為了發現達文西橋的秘密，本研究嘗試採用不同材質棍子、不同搭橋方式來研究達文西橋承重力與形抗結構。經實驗後發現：（1）與木棍相比下，竹棍的韌性和彈力較好且更紮實，具有較大的承重力，其中，尺寸0.5*0.5*20竹棍的承重力最大；（2）橋體層數越多，越接近拱形，其承重量越大，但三層以上的橋體角度太大，容易崩塌，因此兩層的達文西橋為最佳；（3）竹棍間的實際接觸面積愈大、支點愈多時，摩擦力就愈大，橋體將會愈穩固，如直橫交錯鋪滿的橋體；（4）地面材質的摩擦力太大或太小皆不適合搭建達文西橋。因此，使用較多棍子搭橋不一定好，並且需要考慮棍子材質、搭橋方式，以及地面材質的影響，才能搭出穩固、承重力大、形變率小的達文西橋。

本研究起始於參觀風力發電機後的突發異想，想要藉由仿生學的靈感設計出可以因應颱風損害的摺翅風力發電機，進而找出理想的摺翅風力發電機原型。實驗選定了瓢蟲和隱翅蟲兩種昆蟲翅膀進行模擬，利用可摺疊的昆蟲翅膀作為扇葉，配上不同砝碼，探討了不同風速、不同尺寸、開、闔翅膀對轉動及發電效率有何影響，研究詳細記錄了摺翅風扇的表現並探討各項變因對轉動效應的影響，最後討論出理想的摺翅風力發電扇葉。本研究認為摺翅風力發電機是相當可行的做法，希望未來能實際應用於風機發電，並推廣仿生學在科學科技的妙用。

原本只是要製作自動笛音管演奏器，但由第一支笛音管發現當逐漸增加空氣柱長度時，原本逐漸降低的音高會突然發生音高躍升現象，而且會間隔一段又重複發生，讓我們找不出可用的較低音階。根據我們研究結果，這個現象應是由於我們給的風速、風量過大所造成，降低風速、增加笛音頭氣切角度及加大氣切口面積可以減少音高躍升現象。本研究也發現所用之笛音管其發聲存在著基音頻率偶數倍之泛音，說明著其發聲機制應符合兩端皆封閉之駐波理論，而在大風量吹奏之下，管內逐漸累積一段不容易震盪之空氣柱，隨著空氣柱增長，累積的空氣柱逐漸達到不穩定平衡的臨界點，因此產生音高突然躍升現象。

羽球是容易上手的運動，但易受風影響，因此都在室內活動。為此我們想製作出能在戶外打的羽球，讓這項運動可以走出戶外。我們參考「風羽無阻─戶外低風阻羽球研究之初探」的作品，但發現此作品實驗數據有些不符合邏輯（如面積愈小，應該會愈抗風，但實驗結果並非如此…）。我們推論是「重心」所造成，所以想藉由改變重心來探討重心對於羽球飛行能力(包含飛行距離、偏移量、與飛行速率）的影響。本實驗發現，將羽球或塑膠球做對稱性修剪，以減少羽毛受風面積，將重心改至距離球頭2.9公分的位置，均會使其偏移量減少，飛行較穩定且飛行距離較遠。羽球和塑膠球的重心往球尾移動1公分不管在哪種風源下，比重心往球頭移動1公分飛行都較穩定。

本研究探討懸浮裝置中心軸線、邊繩與載重的關係。透過改變中心軸線與邊繩的夾角、距離，找出影響裝置平衡載重的因素，並透過中心軸綁彈簧及使用彈性包裝繩代替棉繩，觀測載重時張力與拉力的變化，並自製搖晃振動裝置突破平衡與載重兼顧的測量困境，以破除反重力的迷思，找到增加平衡載重的方法，結果如下：一、裝置上下底層的材質會影響平衡與載重的結果，以壓克力條製做最佳。二、中心軸線的位置、邊繩與其夾角會影響裝置平衡與載重。三、裝置維持平衡最少綁2條邊繩，而中心軸繩與邊拉繩的數量越多，可承載重量越重。四、利用懸浮裝置與斜張橋概念研發雙臂懸浮跨河大橋、懸浮吊橋及雙臂輕軌，以達疏通交通兼顧使用、美觀之效。

上學期我們參加學校「水上足球機器人比賽」，比賽成敗的關鍵是機器人移動速度。相同動力下，船底的形狀會影響機器人前進的速度，我們裁切保麗龍板並加上動力讓保麗龍船能在壓克力水槽內移動，之後改良用珍珠板，讓船沿著軌道直線前進，配合資訊課程式語言(micro:bit)，自製測量珍珠板船移動速度的器具。 實驗發現：軌道的形式會影響珍珠板船的移動速度，因而改變研究方法，讓船不動，水流動來測阻力：用抽水馬達製造水流，船頭挷細線，透過滑輪改變拉力方向，一端垂吊重物，水流動時重物減少的重量即阻力。我們製作許多不同長度的船板，測量不同長度受到的阻力，並增加載重及改變水流強弱，試著研究船的長度、寬度、載重、水流快慢和阻力之間的關係。

我們的實驗是為了瞭解我們設計的變因對於節拍器同步時間的影響。我們的變因有:節拍器的放置環境、是否放在泡棉板子上、改變節拍器的頻率、距離、水量和水深。從我們的實驗結果得知，節拍器放在桌面上比在水面上更快達成同步；在桌面上的同步所需時間:直接放在桌面上＜同一泡棉板子＜不同泡棉板子；在水面上的同步所需時間:同一泡棉板子＜不同泡棉板子；節拍器的頻率愈高、節拍器之間的距離愈短、水量愈少、水深愈深，都愈快達成同步。 當節拍器頻率為120bpm時，我們使用不同的水盆，並改變水的深度，發現節拍器只有在紅色方形水盆中，水深為5公分時，在水面上比在桌面上更快達成同步，所以我們推測是因為駐波而產生的現象。

當水滴碰撞親疏交錯界面，直線、弧線及螺線親疏線條決定了水滴鋪展收縮的對稱形態與受力，研究發現水滴有分割、彈跳、移動、旋轉等多樣化運動現象，接著以此基礎提出「水滴移動猜想」並且驗證成功水滴置於 繪有親水弧線道的疏水振動平板上，會因為持續的不對稱鋪展收縮產生了振動-移動現象，且和水滴大小、振幅頻率、親疏線型、平板材質、張力黏度、角度…有關。本研究亦嘗試控制水滴使其產生繞圓周、直角過彎、 爬坡下坡等現象，更測試出「懸吊」水滴的振動-移動。最後，針對其形態、受力加以分析，提出模型予以解釋。

我們曾於網路影音平台中看到有趣的風動陀螺影片，激起我們想進一步研究風動陀螺無限旋轉的秘密。本文主要針對「扇葉設計、陀螺配重、循環扇」三個部分探討：發現（1）風動陀螺扇葉長度影響轉速但沒有改變穩定度（2）風動陀螺寬度會影響陀螺轉速與穩定度（3）扇葉形狀以圓形最佳（4）當傾角位置為1cm角度15度時，陀螺轉速最快且旋轉穩定（5）於陀螺中心配重或配重於扇葉下方都能提升轉動穩定度（6）限制陀螺旋轉範圍，半徑越小轉速越快但越不穩定（7）當循環扇中央遮風板半徑大小改變時會影響陀螺轉速與穩定度（8）陀螺與循環扇的半徑比會影響轉動穩定度，最佳範圍在0.5~0.8。