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！

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。

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。

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。

漩渦樣態像極了水中的龍捲，生活中有許多水中龍捲的發生與應用。我們想要製造出美麗完整的多龍捲，並且讓它們能自由自在的移動，那麼需要哪些條件呢？首先本研究先從電磁攪拌器產生的水中龍捲了解基礎特性，然後自製小體積的可移動水中龍捲產生器，接著有系統的實驗，依序由移動單龍捲、移動雙龍捲、再到移動三龍捲，逐步探索移動水中龍捲的生成條件與影響因素。實驗結果發現水中龍捲會受到移動速率與彼此距離的影響，移動越慢越有利於生成，而多龍捲之間過於靠近則會有相互消長的變化。值得一提的是，旋轉移動的方向如果與龍捲自轉同向，竟然會讓各種移動多龍捲的生成，全部都有顯著的提升。移動中的多龍捲具有豐富多樣的變化，十分有趣。

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。

本研究主要針對特斯拉閥的概念自製通道，探討通道擋板以及通過液體對於順、逆流差異進行探討。我們使用車床切割壓克力形成各式通道，並拍攝流體經過的過程、計算流體的順逆流差異。結果發現：以擋板形狀及排列方式而言，交叉三角形的順逆差效果最好；通道寬度則是寬度越寬流速就越快，因此擋板凸出程度越多流速就越慢，且凸出程度越大，順逆差異就越明顯、擋板間距在 2.8 ～ 3.2公分時順逆差異最佳；水溫提高雖有助於提升順逆差，但卻會因流體寬度變窄的影響而效果變差；流體的黏度愈小，順逆差異就愈明顯。

裝置被一條金屬線所繫住，以此線為軸，上端固定，垂直吊掛。當物體受外力被扭轉一角度θ時，金屬線因恢復力而產生來回扭擺的現象，且扭擺週期T受各種因素影響。經實驗後我們發現：1.金屬線的剛性係數越大，T越小。2.扭轉角度θ越大，T會些微增加，但不明顯。3.T與長度開根號成正比。4. T與質量開根號成正比。5.T與線徑粗細成反比。6.擺放方式-T⊥ > T//。7.所得公式 T=k×(√l×√m)/d，且k∝1/√G。 我們另外發現有「扭性疲乏」一事，實驗後發現金屬線的剛性係數越小，則扭性疲乏越明顯，且當金屬線重覆受到不同方向之扭轉時，疲乏的現象會比同方向來得明顯。我們希望未來還能找出「扭性疲乏臨界點」。

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。