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物理科

以Color Schlieren光學顯像技術研究噴嘴過濾器來達到降噪的目的

本實驗利用航太領域的光學影像顯示科技-Color Schlieren來觀測空氣中的流體變化,實驗過程以製作一個能夠看見氣流流動情形的簡易實驗裝置為目標,利用光線通過疏密不同的空氣而產生折射現象差異發展出一個簡單、方便組裝的實驗裝置,最後以Color Schlieren光學顯像技術觀察氣槍噴嘴在操作時噴嘴附近空氣密度變化的情形,發現噴嘴塊狀流為產生極大噪音的來源,並錄音然後繪製頻譜,比較各種自製噴嘴的降噪效果及其塊狀流的消除情形,自製的噴嘴過濾器比較直孔及螺旋孔兩種結構,並改變不同孔數,研究發現直孔效果優於螺旋孔,且孔數越多其降噪效果越明顯。

單孔吹遍天下-輕鬆吹「吐良」

吐良是少數使用大量泛音演奏的樂器,根據頻率與開管基音或閉管基音的比值,可以準確的預測聲音是在長管或短管邊振動。實驗者先以泛音公式計算頻率預測值,並以阻塞棒進行檢核,正確率達到100﹪。 按壓指法分為4種分別為全閉指法、全開指法、長開指法及短開指法,不同指法選擇短管或長管,閉管或開管的泛音。例如全閉指法所吹出的音會出現在長管閉管泛音及短管閉管泛音中。同一指法中控制吹氣氣流速度可吹出不同音高的泛音,吹氣越急音高越高。任何管長的聲音都出現在預測值直線上或其附近。短管的長度變化對長管的閉管基音和開管基音影響很小,但短管的長度變化對短管的閉管基音和開管基音有顯著的影響。

碳膜與歐姆 但…RV的線性關係

本實驗為了探討碳膜電阻是否遵守歐姆定律,依加州Clair R.Arakelian在2006年所做的How Temperature Affects Carbon Resistors實驗,發現碳膜電原本應是歐姆式導體,溫度越高,電阻越大,成正比關係,而碳膜電阻卻因溫度越高而電阻遞減,成反比關係,懷疑碳膜電阻和歐姆式導體的差異。 實驗探討R和V的關係,依據歐姆定律:一般金屬與電阻在定溫條件下,電壓和電流成正比,但在高中課程中依照電阻大小有高低電阻法不同的測量方式,理論上,若電阻器電阻遠大於安培計電阻則適用高電阻法,反之遠小於伏特計電阻的電阻器則適合低電阻法。除了測量方法的不同,還有色碼誤差和測量方法的誤差。 發現R、V有遞減關係且比T因素影響更明顯,且測量誤差皆在色碼誤差範圍內。

從「磷」開始

本研究主要是探討影響磷光物質放光情形的因素,如:磷光物質本身的條件,周遭環境的狀態,以及照射光源的波段分佈與強弱。 首先,我們先透過光譜儀對照射光源進行分析,並觀察在不同條件的光源照射下,對磷光樣本發光情形的影響;接著,再利用加熱器調整樣本周遭的環境溫度,探討在不同的溫度環境下,對磷光樣本發光情形的影響;最後,改變磷光樣本的照光表面積與厚度,觀察這些條件對磷光樣本發光情形的影響。 透過本研究的結果,讓我們更瞭解影響磷光反應的因素,藉此希望能讓我們有朝一日可以實現我們的夢想─教室留影牆的設計。

四「瓶」八穩~環保浮筏載重之研究

我們運用資源回收的寶特瓶和EVA軟質地墊,來快速組裝穩重安全的環保浮筏。研究發現,當載重浮筏底面積和高的比值越大,重心位置越低越穩定,回復力矩越大,穩度越高,載重能力越大(在小於最大浮力的情形下)。同時還發現,模組重心吃水深度(dw)、模組吃水深度(d)、重心與浮心高度差(Δwb)、模組頂部與重心高度差(Δtw)等四個參數,也會影響浮筏的最大載重(W),並自創一個快篩函數f(dw, d, Δwb, Δtw),可以大致計算出浮筏最大載重的變化趨勢。我們結合自創的快篩函數,設計自製可以裝填不同重量物質的環保浮筏,可以推廣至各水域,作為安全可信賴的救難設備,兼顧環保與救難的雙重功效。

聲音的形狀-國小英語與國語發音教學的探討

本研究利用電腦程式,紀錄分析聲音在時間領域的形狀,探討英語音標和國語注音相似音的差異,並分析聲音在頻率領域的形狀,並瞭解受測學生和老師在英語句子和國語成語的差異,作為發音教學評估的指標。

源源不絕 Stanley Generator發電效能提升之研究

我們創造Stanley Generator,並設計實驗和製做量測治具,測量其發電效能,以實驗數據為根本。比較Stanley Generator與傳統發電機之發電效能,竟能提升24倍之多,遠遠超過之前預測的2倍,經過反覆討論與公式研究,終於找出Stanley Generator效能提升的理論依據。

太乙飛豬的祕密~紙製有翼飛行筒探究

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。

親疏有別—水滴在親疏交錯界面之運動現象探討

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。

水滴~來不來電?

本研究旨在探討「水滴的帶電程度」,利用攝影機拍攝水滴受靜電棒作用後的現象,搭配Tracker電腦軟體,觀察「各種水滴」受「不同靜電力」的影響所產生「偏移」、「裂解」、「單位水滴質量的電量負載(q/m)」...等結果有何差異。研究結果發現:(一)水滴的確會帶電,並可繞轉或吸附靜電棒;(二)水滴受靜電作用後會在針尖發生裂解,裂解後的小水滴極限質量為0.00085(克);(三)從水滴的軌跡可得知(加)速度,透過x-t、v-t與a-t圖,可推知水滴裂解瞬間的(加)速度、重力與靜電力間的關係,進而估算「q/m」,分析水滴的帶電程度;(四)改變水滴的類型並重複實驗可知:鹽水的偏移量、帶電量、荷質比最大,而酒精最小;因此,帶電離子與氫鍵可能影響水滴的帶電程度。