物理科

小提琴主要是由琴弓帶動琴弦使提琴透過音柱與音箱振動而發出聲音，而琴身、琴橋、琴弦、拉弦板、肩墊、松香……等，這些因素都可能影響提琴的「音色」，但是多數人，是很難用耳朵聽出「音色的差異」，因為聲音既看不到也摸不著，所以希望透過傅立葉電腦軟體Audacity，來分析聲音的『頻譜圖』，用科學化的證據，讓非音樂專業人士，也能「看」到音色的差異，並利用頻譜圖與聲響學理論說明音色的奧妙，讓喜歡音樂的我們，找到適合的小提琴，也讓初學者或演奏者更容易找到合適的琴。 在關於小提琴音色的實驗裡，影響小提琴音色表現最主要的因素是松香和琴弦。我希望將松香與琴弦所產生的音色用科學方法分析，建立資料庫，讓演奏者很快找到適合的松香或琴弦。

本研究主要想了解兩互溶流體間形成碎形圖案之機制，並找出實驗證據，經由將不同濃度的染色液滴滴到不同濃度的壓克力顏料溶液上，並使用iphone 8 手機以240fps拍攝液滴擴展過程，得知酒精液滴因表面張力小，而向外流動，且因流體間互溶之緣故，造成流速的不連續性(虎皮紋的流痕)，而在外圍產生不均勻的堆積(島紋)，當堆積過多時，便會發生突破(顯微攝影拍到突破瞬間)，而長出手指，同時堆積會由突破口轉移到手指指尖，當堆積夠多時，指尖又會再分裂出新的碎形手指，如此往復下去，就形成碎形圖案。 此外，碎形手指的圖案，跟利希滕貝格圖極為相似，經使用方格覆蓋法，計算出碎形維度約為1.82，與利希滕貝格圖的理論值1.71接近，確實是碎形圖案的一種。

耦合振盪的現象最早由物理學家惠更斯從鐘擺的振盪發現，本研究探討之耦合擺現象即為耦合振盪現象。實驗在長線上掛上兩條細繩，兩繩分別掛上同質量砝碼，再分析耦合擺運動軌跡；分析得一擺擺動振幅增大時，另一擺則會減少。藉改變兩擺間距和擺長發現：兩擺間距影響兩擺振盪週期，兩細繩同長時，週期隨擺長規律增長。在不同數量的擺中，三擺和五擺透過改變多擺的擺長排列方式，發現各擺間的能量會有不同的轉換，規律因此各自有異。除此之外，我們發現彈簧對振盪的影響與棉繩相似，磁鐵在同極和異極時皆呈現明顯左右規律地晃動情形，振盪軌跡和無磁鐵時不同，振盪週期也會變長。上述變因對耦合擺在各擺間的能量轉換有關。

我們利用一般裝潢使用測量距離的雷射測距儀，配合理論推導，自行設計實驗方法與步驟，成功地精確測量各種水溶液在室溫下的折射率。透過我們的實驗方法與高中光學插針法測量液體折射率的實驗比較，測量誤差比插針法得到的實驗結果小一個數量級。我們還利用此實驗方法精確測量不同濃度的各種水溶液之折射率，探討折射率與濃度之間的線性關係。我們更進一步測量雙溶質水溶液與不互溶的兩液體，發現其折射率皆具有線性疊加的關係。

本研究旨在探討影響液體搖晃的因素及如何減緩液體搖晃振幅。研究中我們研發了第一代、第二代以及最後利用第三代自動式搖晃裝置，然後探討不同液體的種類、黏滯度、水量及搖晃強弱對溶液振幅的影響。實驗結果發現，溶液黏滯度越低、水量越少及搖晃強度越大時，溶液波振幅越大；除此之外，我們也進行減緩液體晃動的實驗設計。實驗結果發現：液面添加奶泡、降低容器內壁光滑度可減緩液體搖晃，溶液波減晃率最高可達26.4%。容器內放入筷子、湯匙等物品，以及利用托盤將容器分隔為多個較小區域空間，也能降低溶液波晃動，不僅如此，在容器內直立3個托盤，將容器分隔為4個小區域的方式，溶液波減晃率高達88.4%為最佳。

因為對壁虎攀爬能力有興趣，我們決定研究不黏手的乾式膠帶！藉由自製穩定施力的檢測裝置，進行乾式膠帶作法和變因探討。 我們發現矽膠最適合製作乾式膠帶，壓印板推薦柵欄結構的光柵。當光柵刻線密度越密，剪切力越大！1000條光柵乾式膠帶（剪切力853 g/cm2）是市售奈米膠帶的2.75倍！ 矽膠壓印可達到1µm單位，我們稱為「微米壓印」，是小學生就能使用的技術！ 光柵形狀會影響剪切力！訂製光柵太昂貴，我們藉由雷雕「模擬低密度光柵」形狀。 推薦橫向、同心圓及正六邊形，形狀越小越密，剪切力越大。 我們研發出7099和台AB光柵乾式膠帶，擁有不黏手、無殘膠、易剝離、單雙面皆可用、彩虹光澤特性，水洗能恢復黏性、還能當作光柵及二次壓印光柵，具有推廣價值。

本次研究利用3D列印技術製作渦流管裝置，以利於變因之改變。透過數位式溫度計及氣壓計，可以即時截取數據，並互相比較。實驗中我們發現，當渦流產生室達到一定的氣壓時，就可以產生冷熱氣流分離的效果，而為了讓渦流產生的效果更好，氣流入射角度大約在45~60度間有較好的效果，渦流管的內徑在6~8mm間，長度在12~14cm時較好。當我們將測到的數據進行理論的分析後發現，熱端的縫隙越小，熱端發熱的效果更好，這也可以讓冷端的冷卻效果增加。最後探討數據與理論間的誤差值後發現，氣體受到絕熱膨脹的影響而降溫，使計算出的數據和實驗值產生誤差的主要原因。

本研究想了解不同因素對鏡片上光暈現象的影響，並利用光暈型態的不同模擬大氣現象。 我們以霧(水)、鏡片、光這三個因素來探討集霧秒數、鏡片度數、燈泡種類和水珠大小對光暈現象的影響，並利用自製集霧裝置將霧珠附著於鏡片上，利用相機拍攝產生光暈，比對光暈現象的色彩鮮明度及對比度。 研究結果發現：當集霧秒數1-5秒，水珠大小介於 0.05 mm 到 0.12 mm間，使用LED燈泡和400 度鏡片，較能呈現明顯的光暈型態(對比度高)。當水珠大小為0.06 mm時能製造出「華」；水珠大小為0.12 mm時能製造出「暈」；水珠大小不均時，則會出現顏色不均勻的「華」。

長400公尺，寬59公尺的長賜號(Ever Given)在寬265公尺的蘇伊士運河航行，因偏離軌道而擱淺6天，和岸壁效應有關嗎？在【力與運動】中，學到物體受外力時，運動狀態可能會發生改變。我們透過船速變化來分析螺旋槳的推進力與水的阻力。本研究設計一艘可以遠程遙控並調節3段速度的水道船。且在靜止無風的水面上，利用智慧光閘(smart gate)內建的雷射開關檢測器測量船速，以獲得精確數據。研究發現鈍圓船艏，在水道深度與船的吃水線比值大於4；水道寬度與船的寬度比值大於2.5的情況下，船速不會受到影響。當船速增加，水的阻力也會跟著增加，船隻偏離軌道的情形越嚴重。建議進入狹窄水域的船隻減速航行，可以降低船的動量和慣性，更好操控，也能減少岸壁效應的發生。

看似簡單的遊戲射氣球與專業的射飛鏢競賽有什麼差異？「射飛鏢」有什麼科學原理？又應該掌握哪些技巧才能提高命中目標的機率？利用自行設計製作的「飛鏢發射裝置」和「類風洞實驗裝置」對射飛鏢不同的變因進行實驗分析，結果發現：相同射出角度且作用力愈大、放鏢位置較早的情況下，飛鏢飛行高度較高；射出角度小且作用力大、放鏢位置較晚、拿鏢位置在重心、鏢翼較小、較短或數量較少等情況下，可以得到較大的水平速度。鏢翼因回復力矩作用具有使飛鏢保持鏢頭穩定向前的飛行姿態，而太大或太寬長的鏢翼因飛行中回復力矩過大，使飛鏢擺盪幅度較大，較不易控制飛鏢落點。依據研究結果，最後找出如何調整相關的變因和步驟，順利準確的命中靶心。