物理科

原本只是要製作自動笛音管演奏器，但由第一支笛音管發現當逐漸增加空氣柱長度時，原本逐漸降低的音高會突然發生音高躍升現象，而且會間隔一段又重複發生，讓我們找不出可用的較低音階。根據我們研究結果，這個現象應是由於我們給的風速、風量過大所造成，降低風速、增加笛音頭氣切角度及加大氣切口面積可以減少音高躍升現象。本研究也發現所用之笛音管其發聲存在著基音頻率偶數倍之泛音，說明著其發聲機制應符合兩端皆封閉之駐波理論，而在大風量吹奏之下，管內逐漸累積一段不容易震盪之空氣柱，隨著空氣柱增長，累積的空氣柱逐漸達到不穩定平衡的臨界點，因此產生音高突然躍升現象。

常常在足球比賽過程中，看見踢定位球時，球在空中劃出弧線後進球得分，實在令人著迷。這美妙的弧線球是如何踢出的呢？本研究係運用所學過「槓桿原理」、「輪軸裝置」等省力原理，自製一臺「足球發射器」，藉由實驗得知足球香蕉球飛行的情形，並印證其中原理。 本次的實驗結果，當鞋面偏角設定為30與45度時，踢中球的第5點（足球正視圖的中心點往右3公分的垂直線及往下3公分的水平線之交點），以及將鞋面偏角設定為30及60度踢中足球的第6點（足球正視圖的中心點往下3公分的點）時，能讓足球產生較大的向左彎曲的情形。期能讓學生能透過更科學、更有效率的方式 來學習踢出「足球香蕉球」，也能體會更多的踢球樂趣喔！

生活中的常見冰，大多具有冰芯結構，偶然之下，發現冰芯旁出現無數條放射狀微細空氣柱。本研究藉由文獻資料探討冰芯與微細空氣柱之成因，其與水溶液凝固時冰晶網狀結構、凝固點變化、與固液介面上氣體成核現象有關。並進行實驗設計探討不同容器、水溶液與環境控制對於冰芯與微細空氣柱之影響。發現熱導率低之容器，溶液內降溫速度較不穩定，使得空氣成核有中斷現象，形成具方向性、斷裂的微細空氣柱。水溶液中的真溶液與膠體溶液TDS值越小，會形成微細空氣柱；TDS值越大，冰芯體積越大，空氣成核較少。在環境控制下，冰芯會沿著牆壁夾角角平分線偏移，且角度越大，偏離容器中心越多。冰芯結構之美，可藉由容器、水溶液種類、冷凍環境來進行控制。

看似簡單的遊戲射氣球與專業的射飛鏢競賽有什麼差異？「射飛鏢」有什麼科學原理？又應該掌握哪些技巧才能提高命中目標的機率？利用自行設計製作的「飛鏢發射裝置」和「類風洞實驗裝置」對射飛鏢不同的變因進行實驗分析，結果發現：相同射出角度且作用力愈大、放鏢位置較早的情況下，飛鏢飛行高度較高；射出角度小且作用力大、放鏢位置較晚、拿鏢位置在重心、鏢翼較小、較短或數量較少等情況下，可以得到較大的水平速度。鏢翼因回復力矩作用具有使飛鏢保持鏢頭穩定向前的飛行姿態，而太大或太寬長的鏢翼因飛行中回復力矩過大，使飛鏢擺盪幅度較大，較不易控制飛鏢落點。依據研究結果，最後找出如何調整相關的變因和步驟，順利準確的命中靶心。

59屆國展國小組物理科第一名作品提到｢球殼內空氣受熱膨脹而造成的壓力增加效果，對凹陷乒乓球的復原產生極小的作用｣。實際經驗：凹陷乒乓球一旦有孔就無法遇熱復原，所以想確認實驗。 用自製壓球器確保凹陷的深度與形狀後，確認相同凹陷乒乓球遇熱後沒孔的球可復原，有孔的則不能。利用自製氣壓計確認了59小物作品中球殼內部空氣受熱產生的壓力被嚴重低估、讓凹陷乒乓球恢復所需壓力被高估。 我們重要實驗的結論有二，第一:｢氣體受熱膨脹是讓本研究中凹陷乒乓球復原的重要原因｣此與59小物的結論不同。第二：我們體驗到同稱作"凹陷乒乓球"，差異可能非常大(材質、厚薄、凹陷形狀…)，因此還是可能在某些狀況下59小物觀察的現象存在。

本研究旨在探討過去未曾探究過各種不同立體形狀泡泡的形成，並細微地觀察泡泡間互相吸附、堆積的結構下，造成泡泡形狀的改變，以及它們的夾角和作用力平衡的關係。 本研究藉由不同形狀的立體框架，做出了正四面、六面、八面體、十二面體、正五角柱的泡泡。深入剖析立體多邊形泡泡膜的形成及其物理現象是否受到各項變因（模型大小、框架材質、框架直徑、傾角）的影響，及以不同多邊形內部泡膜是生成時的條件與限制分別為何？ 為了探討表面張力及最小面積的關係，並以正六面體作研究。最後以Excel和數學軟體 Geogebra進行分析，嚐試著找出泡膜結構中膜與膜夾角的特性、最小表面積和表面張力之間的相關性，透過數學論証方法協助提出實驗現象之解釋、應用與應用與展望。

長400公尺，寬59公尺的長賜號(Ever Given)在寬265公尺的蘇伊士運河航行，因偏離軌道而擱淺6天，和岸壁效應有關嗎？在【力與運動】中，學到物體受外力時，運動狀態可能會發生改變。我們透過船速變化來分析螺旋槳的推進力與水的阻力。本研究設計一艘可以遠程遙控並調節3段速度的水道船。且在靜止無風的水面上，利用智慧光閘(smart gate)內建的雷射開關檢測器測量船速，以獲得精確數據。研究發現鈍圓船艏，在水道深度與船的吃水線比值大於4；水道寬度與船的寬度比值大於2.5的情況下，船速不會受到影響。當船速增加，水的阻力也會跟著增加，船隻偏離軌道的情形越嚴重。建議進入狹窄水域的船隻減速航行，可以降低船的動量和慣性，更好操控，也能減少岸壁效應的發生。

因為對壁虎攀爬能力有興趣，我們決定研究不黏手的乾式膠帶！藉由自製穩定施力的檢測裝置，進行乾式膠帶作法和變因探討。 我們發現矽膠最適合製作乾式膠帶，壓印板推薦柵欄結構的光柵。當光柵刻線密度越密，剪切力越大！1000條光柵乾式膠帶（剪切力853 g/cm2）是市售奈米膠帶的2.75倍！ 矽膠壓印可達到1µm單位，我們稱為「微米壓印」，是小學生就能使用的技術！ 光柵形狀會影響剪切力！訂製光柵太昂貴，我們藉由雷雕「模擬低密度光柵」形狀。 推薦橫向、同心圓及正六邊形，形狀越小越密，剪切力越大。 我們研發出7099和台AB光柵乾式膠帶，擁有不黏手、無殘膠、易剝離、單雙面皆可用、彩虹光澤特性，水洗能恢復黏性、還能當作光柵及二次壓印光柵，具有推廣價值。

科學家們研究出阻尼器用來減震，但未固定圓底的裝置容易晃動卻較少研究，本研究用力矩和能量原理探究在阻尼器能防圓底震動的效果。我們雷切壓克力板製作出半圓，再用3D列印印出阻尼球，改變施放角度，擺長，擺重，並透過Tracker分析移動軌跡，進而計算週期T、對數衰減率log decrement、角頻率ω、阻尼比damping ratio、指數衰減率α、Q、阻力係數r。研究結果發現模型晃動後，仍符合指數衰減，阻尼球可以降低合力矩，亦符合類簡諧運動（合力矩和位移相關），而擺長對減震效果有限，擺重則因有慣性，效果也有限，我們提出理論模型來解釋上述現象。未來可持續嘗試類簡諧運動模式，擺錘重量的影響，水中複雜運動的模式。

本次研究利用3D列印技術製作渦流管裝置，以利於變因之改變。透過數位式溫度計及氣壓計，可以即時截取數據，並互相比較。實驗中我們發現，當渦流產生室達到一定的氣壓時，就可以產生冷熱氣流分離的效果，而為了讓渦流產生的效果更好，氣流入射角度大約在45~60度間有較好的效果，渦流管的內徑在6~8mm間，長度在12~14cm時較好。當我們將測到的數據進行理論的分析後發現，熱端的縫隙越小，熱端發熱的效果更好，這也可以讓冷端的冷卻效果增加。最後探討數據與理論間的誤差值後發現，氣體受到絕熱膨脹的影響而降溫，使計算出的數據和實驗值產生誤差的主要原因。