物理科

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。

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。

科學報導提出蒼蠅的視覺會被斑馬條紋擾亂，生活中也發現打蒼蠅時蒼蠅總會先一步飛走，我很好奇蒼蠅用複眼看到的世界，於是動手製作透明複眼模，但每顆複眼小眼太大顆且相連處有空隙，無法模擬複眼看到影像，所以改用投影機專用複眼鏡片來實驗。首先模擬蒼蠅複眼看到的斑馬影像，並計算斑馬外觀所佔整體複眼影像中的複眼顆粒數量比例，發現蒼蠅飛近斑馬影像越來越大時，複眼看到斑馬外觀所佔的比例越來越低，此導致斑馬條紋會擾亂整體複眼的影像。而透過複眼鏡片觀察節拍器上手掌的前後和左右運動，結果發現在動態成像中複眼比人眼靈敏，而兩個複眼鏡片疊加形成的莫列條紋，在轉動20度與40度疊加時靈敏度最高。複眼真是大自然演化的精心傑作。

在限定之測量範圍內平行光源的照度跟距離幾乎沒有關係，而發散光源的照度確實會隨著距離的平方呈反比關係。自製平行光源可將一燈泡放置於一已知焦距之凸透鏡的焦點上，光源透過透鏡後即可充當平行光源使用。理論計算與實驗結果皆證明矯正後之視力因為透鏡組合已重新調整焦距，故近視眼戴眼鏡，其眼觀世界會變亮、變小；而遠視眼戴眼鏡，其眼觀世界會變大、變暗。散光眼戴眼鏡後，其眼觀世界還是會比正常眼模糊。我們可以成功製作出一簡易教具模型當作課堂上之教材教具來說明近視、遠視與散光其成像位置的關係與其亮度及成像大小的不同，尤其利用廷得耳效應、平凸透鏡組、雷射筆以及壓克力改裝之散光眼矯正操作模型更可完整充作課堂之教材教具。

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。

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。

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。

泰雅族的傳統陷阱中，利用重力位能儲存能量下壓後，來捕捉住動物的陷阱，統稱為Rangay。老師指導我們，以Rangay壓鼠陷阱為基礎，設計了多組的實驗來探討其安裝方式及科學原理。實驗過程中，我們熟悉了Rangay壓鼠陷阱的安裝方式，也學習祖先流傳蘊藏在Rangay壓鼠陷阱中的智慧。研究過程中，對於槓桿、力矩、摩擦力、重心、繩子張力、合力分力等物理觀念也有進一步的了解。我們參考前人經驗，突發奇想把Rangay壓鼠陷阱做了些調整，將石板換成了籃子，用來捕捉校園裡的流浪貓。過程中遇到的某些難題，也能利用實驗得到的結果及習得的物理觀念，逐一克服解決難題。最後也多次利用改裝調整後的陷阱，成功活捉到流浪貓。所以我們將它稱為捉貓神器。

在此篇研究中，首先我們探討以刮痕製成的刮製全像圖形成的基本原理，也就是我們的雙眼之所以能看到立體影像的原因乃是來自大腦的錯覺。在探討基本原理之餘，我們為了實作的需求，研究的變因更包含了觀察者角度、入射光角度、刻痕半徑、入射光顏色、材質、刻痕深度去作探討，而以上對於製作此種刮製全像圖有莫大的實質幫助。 由觀察者角度的實驗，我們發現了影像隨觀察者角度移動的趨勢。光的入射角會影響成像的位置，而刻痕半徑則會影響影像深度。而我們也發現入射光線是什麼顏色，影像就會呈現什麼顏色。實作方面：選擇反射率較好的板子其成像愈亮；深的刻痕中光線較難反射到我們的雙眼。我們並發現所有變因的結果皆符合最初推論「成像原因」的理論。