物理科

您相信三支不到1公克的火柴棒卻能吊掛比它重上千萬倍的水嗎? 本研究先從搜尋資料與實際操作的過程中，了解火柴棒裝置能夠吊掛水瓶，是因為吊掛的水瓶重力作用在火柴棒與桌緣接觸的支點上，而且棉線與橫置的第二根火柴，以及直立斜向的第三根火柴棒形成穩定的支架。 接著分別從火柴棒及棉線兩部分來探討不同變因對火柴棒承載重量的影響；最後再試著使用其他材料代替火柴棒，看看是否能承載更重的水。 研究結果得知：火柴棒的長度，火柴棒與桌子接觸的長度、火柴棒加濕的時間、棉線的長度以及棉線的粗細等，都會增加或減少火柴棒所能承載的重量，而使用其他材料代替火柴棒，也會因其粗細或材質的不同，影響所能承載的重量。

運水車翻覆的新聞，讓我們膽戰心驚，為什麼運水車會翻覆成四輪朝天?消防車的水又為何低於半滿水位時，需要漏光比較安全?在五年級自然【力與運動】中，得知物體受力時，運動狀態可能會改變。本研究探討水箱的水重，水箱有無隔間及水箱形狀對運水車行駛時的車速變化影響。透過自製傾斜穩定度檢測器，發現不同水量下，半滿水位的八角柱水箱，所能承受的翻覆角度最小，因為水往低處流，水又比空氣重，造成重心偏移而翻覆；相同水量下，重心最低的三角柱水箱能夠承受最大的翻覆角度。 根據實驗結果發現，裝滿水、有隔間、都可以降低水的搖晃程度，減少水的質心因慣性流動而不斷偏移中心的機會，可以降低車子翻覆的機率。

本研究從浮沉子這項玩具出發，藉由了解控制浮沉子升降的因素，探討如何製作浮沉子以使其可更省力操作。我們發現藉由增加浮沉子負重，可更容易控制其浮沉。 此外，我們根據波以耳定律改良浮沉子，設計出簡單但有效的壓力計，可測量寶特瓶內壓力。 以設計的壓力計測量寶特瓶耐壓程度，測試過的寶特瓶中，最高在壓力達8個大氣壓力左右時仍未破裂。 施予寶特瓶相同外力時，不同品牌寶特瓶內產生之壓力亦不同。根據本研究的分析推論是：某些寶特瓶可能因其特殊設計而較能將受壓處外力分散到周圍的瓶壁，因此可讓受力面積增大而減小瓶內壓力，這種寶特瓶在遭受局部劇烈撞擊時，可能可承受較大外力。

本研究目的在找出浮屋定錨系統最佳避振的懸吊系統裝置方式。研究發現串接的定錨設計方式，且上重下輕能有效的減少晃動。在水深度不深的情況下，水下的懸掛物越重(但不可超過浮力)、越深，並且放置在與波前垂直的重心線兩側可以減少許多水平方向的衝擊。經過實驗數據的檢視與物理駐波的討論，發現串接的懸吊系統其懸吊物擺放在節點處可以大大的降低晃動。本研究依據物理公式v=√(F/μ)與v=fλ推算出懸掛物的節點位置，實際安裝後減振率達50%以上。振波藉由繫繩傳遞能量，而配重的定錨在節點處提供繩張力並且穩定的振動，利用繩的振動來消耗振波的能量，繩上的浮球可以降低繩張力並增加振波能量的消耗。文末並提出其他減少晃動的可能性建議。

本實驗以單轉動系統設計，探討轉動座標系對流體中顆粒大小分布狀態的相對關係。不同質量顆粒與流體分子摩擦碰撞而產生的顆粒分布狀態，以及加上不同旋轉系統對顆粒的相互碰撞而造成分布狀態改變的相互關係與作用。 在一個持續且穩定轉速的旋轉座標系統中，流體中的顆粒會因向心力而沿著圓形曲線軌道形成圓周運動，而若將旋轉系統停止，流體的運動將逐漸趨於靜止，而流體中的顆粒則會產生螺旋軌跡運動慢慢向中心聚攏。 本研究應用旋轉系統的不同與液體性質的差異，發現當我們將液體停止旋轉時，其中的顆粒會產生螺旋軌跡運動慢慢向中心聚攏，進而在圓心形成一個圓，而不同的變因對它從旋轉到聚攏所花費的時間與其軌跡和分布面積都不盡相同。

本實驗目的在探討雙珠系統轉動情形，我們以高速攝影機，Tracker分析軟體探討彈力串珠繩長度、彈力串珠繩數目、彈力串珠繩轉動圈數、鐵珠質量、雙鐵珠不同質量、接觸面材質等不同變因下，其開闔週期、轉動圈數、最大半徑及轉動週期間的相關性，並進一步找出雙珠系統運動原理。 由實驗結果可發現，不論是從哪一項變因探討，雙珠系統過程皆符合彈力串珠繩與鐵珠間位能與動能轉換原理。因過程中摩擦力持續作用下，轉動過程中系統總能量也會隨時間而減少。

近年來，仿幣氾濫的問題引發廣泛討論，日常生活中我們也曾經收過仿幣。本實驗利用真、仿幣的物理性質及聲音的波形來比較它們的差異，希望可以找出分辨真、仿幣的方法。我們測量了真、仿幣的體積、重量及密度，並且利用專業錄音室的電容式麥克風及音頻分析軟體來收集不同的真、仿幣敲擊相同金屬物體所產生的聲波波形。實驗結果發現： 一、物理性質：仿幣與真幣相比，直徑相似、厚度不一、重量較輕、密度有顯著差異。 二、聲波測試：在8.5K(Hz)以上頻率，真幣具有相似的波形與峰值區間、仿幣峰值區間比同幣值真幣低。 三、聲波比其他物理性質更能鑑別真幣和仿幣。

我們詳細地進行了液滴開花現象相關的研究，發現不同油品發生液滴開花現象的條件並不相同，其中的關鍵是表面張力的大小。分析動態過程發現在不同條件下(酒精濃度、油品種類)，液滴的擴展與收縮過程很相似。進一步使用懸滴法自行測量各種油品以及不同濃度酒精的表面張力，對照相關文獻數據確認實驗所得數據的合理性。最後，我們也嘗試統計與分析液滴開花後碎液的大小與數量，以量化的方式解釋實驗的各種現象，確認馬倫哥尼效應(液滴開花)是因為酒精溶液與蔬菜油兩種不相溶的液體表面張力相近，同時上方的酒精溶液揮發性極強而導致酒精濃度下降、表面張力增加而造成液滴碎裂開花的效果。

想研究為什麼將附著在手上的泡泡往旁邊拉時會產生更小的泡泡。於是利用支撐架來模擬雙手，拉的速度則由砝碼的拉力來控制。 一開始先改變不同的拉力，發現拉力愈大，產生的子泡泡愈大。由高速攝影發現，要產生子泡泡前，母泡泡的曲率半徑開口會先從向外轉成向內，進而與中間段分離。而快速拉動的支撐架時，曲率半徑開口方向轉換的變化使中間段有較多空氣，形成較大的子泡泡。 較小的支撐架，所產生的子泡泡會比較大。原因是小支撐架的分離母泡泡會比較小，使中間段空氣量較多，所以形成的子泡泡也較大。 最後改變溶液的表面張力，發現表面張力愈大，母泡泡曲率半徑的變化越快，產生子泡的時間就會更短，因此子泡泡將隨表面張力變大而體積變小。

我們的實驗運用｢酒精溫度計｣、｢電子液晶溫度計｣及能以物體表面所發出的紅外線觀測物體溫 度的｢紅外線熱像儀｣來觀察、探討，在熱源下方液體溫度到底是如何逐漸升高？經過實驗發現，這看不見、摸不得的「熱」，在容器中不僅僅只用｢熱上升、冷下降｣的對流作用升高液體的溫度，同時 也能利用傳導、向下對流，甚至輻射等各種方式，在容器中前進傳遞，使液體逐漸變熱；我們藉由溫度計紀錄液體中垂直的、水平的、離熱源不同距離的溫度變化，以及經熱像儀、染劑和不同性質的油水等工具來觀察追蹤液體中的熱軌跡，拼湊出神奇的傳熱密碼。