物理科

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。

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。

自然老師在力與運動的課堂上進行科學展示，在繩子上裝紙片拉一拉就往上跑，到底是什麼原因？充滿好奇的我，呼朋引伴進行實驗討論，我們改變拉繩的距離、拉繩的頻率、不同的爬繩長度、不同材質的繩子、紙盒重量不同、吸管角度不同、吸管長度不同和紙盒裝上不同粗細吸管，實驗結果都會影響繩子與吸管之間產生的摩擦力。但相同材質不同粗細的棉繩在實驗結果上沒有明顯差異性，是一種意外的發現。 原來當一位科學家不難，只要把生活中的細節都當作探索，是可以累積很特別的學習經驗，並應用在生活中就是加分，這次實驗如果可應用在疫情下往高處輸送糧食、補給品，又可以幫助更多的人。也是使我們進步的動力來源，科學始終來自於人性。

界面活性劑容易因表面張力特性相較一般液態物質能具有更長的膜態持續時間，並且因光的照射或是環境擾動可能有不同色彩變化。本研究探討界面活性劑在不同濃度比例以及不同條件縱波干擾下之特性。本實驗利用頻率製造器製造條件縱波，再拍攝其對陰離子界面活性劑波紋波速與波形變化的影響。探究後找出在條件縱波和靜止狀態中最佳泡膜狀態之界面活性劑之比例 （1：1） ，並發現泡膜後期會有單層的黑膜態，且其面積會逐步擴張，而在條件縱波的影響下會具有混沌態和一個或數個stranger attractors。期望未來能夠針對不同溫度與更大面積的泡膜進行分析。

本實驗將掉落物稱為擬便，入水後短暫形成的無水空間稱為空腔。 我們發現水花高度和擬便距離水面的高度成高度線性關係，空腔深度和擬便距離水面的高度也成高度線性關係；而固定擬便距離水面的高度，當水深不同時，水花高度變化不一定和水深正相關。 其次，擬便的密度、先接觸水面端的面積、形狀、突起排列對水花高度的影響並無明確的規律性。 而在改變水溶液性質下，我們發現： 1. 當水面有一層介質時，都會降低水花高度，但水花高度卻和空腔深度呈現負相關。 2. 使用鹽、糖改變水溶液密度時，水花高度、空腔深度隨密度改變情形，兩種溶液並不相同。 3. 改變水溶液黏稠度時，洗碗精對水花的降低效果較果糖好。 4. 水面上有泡沫均能有效降低水花高度。

本研究利用瓶蓋取代棒球，透過自行製作的瓶蓋發射器來探究各種因素對球路的影響。結果發現：無論瓶蓋凹面朝上或下，發射後大致會在0.4秒飛到最高點，但瓶蓋凹面朝上發射時較穩定，不但飛行距離較遠、飛得較高，落點也比凹面朝下接近中央。發射角度會影響飛行距離，30度時能飛最遠。瓶蓋中間若挖半徑0.25公分的圓洞，洞數多寡對於飛行距離的影響不太明顯，落點無規則可循；但若只挖一個洞，半徑越大飛越遠。適當地配重增加瓶蓋質量能加強飛行距離，當瓶蓋內部增重在2.9公克時，能讓飛行距離變長。

本研究旨在探討平底不倒翁之可行性，以及影響平底不倒翁成功與否之關鍵因素。我們透過懸吊法找出物體的重心位置並設計實驗，實驗發現在容器內部不同位置加上一塊華司，能顯著改變整體的重心位置，其次影響平底不倒翁的關鍵是重心的位置及容器底部是否內縮，而重心的位置又與附加物重量、位置等息息相關，透過容器不同傾斜角度的實驗與槓桿原理的分析，我們發現重心越低越容易成功。此外平底不倒翁的成功條件有二，一是使用上緣大於下緣的容器或容器底部內縮，二是底部黏附的重物密度夠大或是也能內縮。平底不倒翁確實可行，且可以將其概念運用在生活中，例如改良交通錐、安全防撞桿、兒童餐具、玩具、直立式電風扇等。

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。

我們以救生板加上帆運用於水上救生的想法，深入研究帆、風與航行原理的關係，嘗試以穩定直流的風源，探討順風、側風、逆風等各種風向的吹撫之下，藉由控制帆的角度，讓風帆救生板可以在最省力的狀態下御風而行的可能性。研究發現風帆救生板須以縱帆作為設計，以風帆救生板車於陸地上模擬不同風向與各種帆的角度作用下，當風以順風方式吹拂時，帆的角度為90度時車行速度最快、風吹來的角度為135 度的逆風狀態時，帆在150度時卻是可以逆風而行的，之後我們將陸上研究的成果，以地墊的高密度泡棉，改造成風帆救生板進行實測，水上救生的部分如以板上加帆的設計，以調整帆的角度就可航向目的地，達到御風而行的效果。

扭轉與斷裂過程在自然界中無處不在，從不同的剛性材料之耐震特性至飲食中的麵體筋道口感。我們觀察到市售義大利麵標示不同快煮時間，從而研究其麵體之不同組合構造:如細麵所接合而成之雙棍、三角、與四面型麵體，是否導致不同的扭力係數；同時，並自製一套扭力係數測量設備，研究其扭力係數與麵體長度、組合構造之關係，並以玉米纖維(PLA)材料3D列印不同的組合構造之細線，以驗證實驗結果；進而發現扭力係數隨組合數增加而增加，麵體扭力量測與斷裂極限約在總長1/3處，呼應了著名物理學家理查·費曼所觀察義大利麵總在施力下斷裂成三塊之世紀未解之謎。藉由本次實驗模型與分析技術之建立，相信可在未來提供更豐富的力學研究課題與更廣闊的研究前景。