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物理科

煮泡麵「粉」有趣—探究類沸騰現象

粉末的類沸騰現象在烹調過程中常會造成許多困擾!本研究發現許多常見的調味料粉末與麵條都會產生類沸騰現象,此現象應列入生活安全教材,提醒大家在烹調過程中,投入調味料的時機是達成安全烹調的關鍵。首先我們使用imageJ對類沸騰現象進行量化數值,在AI浪潮下,借助ChatGPT,我們完成了類沸騰比值的Python程式碼。研究過程中,我們發現溶液酸鹼性及鍋具蓄熱能力都會影響類沸騰現象,藉由此特性我們利用類沸騰現象來推算溶液PH值,自製PH計,相較於廣用試紙,它可以提供數據資料表達溶液酸性程度;同時,利用類沸騰現象跟鍋具的蓄熱能力相關性,對於一些新型複合材料的鍋具,亦可以利用類沸騰現象進行鍋具蓄熱能力的驗證,理解廣告行銷術語的正確性。

水電砲

本研究最初的發想來自於任天堂寶可夢遊戲中的招式「水電砲」,對其感到好奇的我們便想藉由操作實驗來模擬其中的情形,並對於此招式能否在現實中實現,及其達成效果的可能性,提出質疑與猜測。 我們測量不同型態的出水裝置、不同流速的水流、觀測不同噴射距離,也調整電壓大小,發現這些變因都與水電砲的可行性有關,且意外發現流速會影響水柱的型態(連續柱狀還是出現水花狀態),同時也對結果有顯著的影響。但也發現出水裝置的水壓、承受水電砲攻擊的導體厚度皆與測量結果無關。透過研究的進行,我們也了解許多尚未聽過的有趣知識,譬如關於流體的伯努利定律;導電率是什麼;什麼程度的觸電會造成傷害,綜合以上知識讓我們得到了想要的答案。

欲速,〝渦〞可達!

本研究主要探討,定向水流作用於水面下擋體時,在前方形成渦流的變化情形。我們模擬溪流中岩石堆疊,並自製水壓觀測儀、壓力點推論模型、水流強度測量裝置來觀察和驗證,找到穩定形成渦流的環境條件,也發現渦流讓流速變快的秘密。研究結果如下: 一、四種產生自由渦流的岩石排列中,阻擋型渦流出現的位置最集中且固定。 二、阻擋型渦流的產生是因為兩側擋體製造了加壓點,讓下方水快速轉動,形成雙渦合流。 三、水流速185cm/s以上,阻擋型渦流平均持續時間和間隔時間比大於15:1,穩定出現。 四、水位與岩石高度比會影響阻擋型渦流穩定性,比值在1.86至2.14之間時,表現最佳。 五、阻擋型擋體的夾角在120度時,產生最大的水流強度,達到4.22倍的增益效率。

「茶」顏觀色,原來「乳」此

小茶種紅茶是我們家鄉的在地物產,結合學校課程特色,探究不同重量、不同季節和不同品種的紅茶沖泡出來的茶湯,發現經過冰箱冷藏後,僅有一部分產生茶乳現象(Tea Creaming),還發現溫度回升後會恢復清澈茶色。透過物理光學觀測試著找出茶乳現象的臨界時間,此時所對應之環境溫度、茶沖泡濃度與茶品種關係,預計未來能夠作為評斷好茶的一種輔助工具。 研究中發現,不是所有的茶都會有茶乳現象,只有觀察到紅茶會產生現象。其次,觀察到茶乳現象之紅茶濃度需足夠才會產生茶乳現象,其中觀察到夏茶產生茶乳現象明顯、冬茶則無。最後透過不同茶種,觀察到小葉種紅茶會產生現象,大葉種紅茶則未觀察到。期望讓品嘗紅茶的愛好者,未來多一個紅茶能夠參考其價值之依據。

霧裡看花—探討不同因素對眼鏡光暈現象的影響

本研究想了解不同因素對鏡片上光暈現象的影響,並利用光暈型態的不同模擬大氣現象。 我們以霧(水)、鏡片、光這三個因素來探討集霧秒數、鏡片度數、燈泡種類和水珠大小對光暈現象的影響,並利用自製集霧裝置將霧珠附著於鏡片上,利用相機拍攝產生光暈,比對光暈現象的色彩鮮明度及對比度。 研究結果發現:當集霧秒數1-5秒,水珠大小介於 0.05 mm 到 0.12 mm間,使用LED燈泡和400 度鏡片,較能呈現明顯的光暈型態(對比度高)。當水珠大小為0.06 mm時能製造出「華」;水珠大小為0.12 mm時能製造出「暈」;水珠大小不均時,則會出現顏色不均勻的「華」。

農夫的打豆農具—連枷

老師說了一個用打豆的農具來敲打豆莢,取出豆子的故事,故事中最引起我們注意的是「打豆農具—連枷」。我們利用竹竿、木條設計小型的「連枷模型」器具,實際操作後,發現連枷的長、短竹桿是同步運動的,也知道自由落體的運動使連枷的短竹竿產生重力轉動。 我們利用小型的摹擬連枷工具,探索擺動桿和敲擊板間產生的撞擊力,發現當敲擊板和擺動桿之間的夾角越大,撞擊的力量越大;當敲擊板的重量越重,長度越長,敲擊的力量也越大;而且重物從越高的地方掉落,撞擊擺動桿,使敲擊板產生的力量也會越大。最後我們利用「小型摹擬連枷工具」來敲擊堅硬的食品,真的可以敲碎,幫助了全口假牙的爺爺,可以高興的吃到喜歡的食物。

化險為夷~五斗櫃傾倒因素之改良

本研究起因是在生活中出現五斗櫃翻覆的新聞提到重心問題,便透過文獻探討整理相關研究,發現重心與各領域均有關係,於是我們決定進行五斗櫃的探究,發現以下結果: 一、重心位置與櫃體深度有極大相關,當重心移出櫃體時有增加翻覆的危機,其中受拉力面越長越容易傾覆。 二、支撐腳與五斗櫃傾覆亦有極大相關,支撐腳高度、粗細、數量、形狀設計均影響五斗櫃的穩固性,當腳柱越短、與地面接觸面越大、數量越多可以增加更多拉力。 三、當櫃體底面積增加能有效降低五斗櫃傾倒的現象。 本研究更進一步改良五斗櫃的設計,使重心配置可以隨著層櫃的拖拉而降低,讓櫃體不至翻覆,期望對改善生活有更多的貢獻。

荷花葉菊花影-側面疏水性水紋與光學折射現象探討

本研究主要探討疏水性較大植物葉片在水中形成的水紋與葉片影子之關聯,探討不同植物、水深高低、光線方位與角度、水紋類型、水紋對光線偏移角度及水紋曲率半徑與影子變化之關聯。透過各種實驗,我們發現能明顯觀察出水紋的植物為主要影響影子變化的因素,因此我們近一步觀察了水生植物的水紋,並發現疏水性為此研究中的關鍵原理。當疏水性植物具有不規則的割痕時,由兩方葉片產生的疏水性水紋會相互交疊,使水紋更加明顯且邊際線較長,進而影響光線折射角度,影子內凹情形最為明顯。我們也計算了水生植物水紋的曲率半徑,但計算結果與實際水紋誤差較大,因此我們推論水紋可能為非線性疊加,導致計算結果與實際水紋不符。

漂流吧,反泡泡-探討antibubble 在流體中的穩定性及其應用

本次研究探討反泡泡在流體中的穩定性及其應用,我們發現: 一、成功次數最高的基礎變因為:水與洗碗精重量比150:1,吸管外口徑寬度0.6cm,入水角度垂直水面90度,吸取水量高度離管口2.5cm,吸管距承接液面高度0.5cm,流量1.59 L/min(流速1.74 cm/s)。 二、在基礎流量下,0.15M的KCl溶液有最高的平均存活時間。 三、0.1M的CaCl2在高流速(1.78 L/min)時有極佳的一致性及存活時間。 四、0.2M的MgCl2溶液在低流速(1.44 L/min)時有最高的平均存活時間。 五、在三種流速下, KCl反泡泡的存活時間與濃度有顯著負相關。 六、在流體中反泡泡的存活時間與正離子價數與的離子半徑有關。 七、利用CaCl2溶液形成的反泡泡取代以靜脈導管注射高濃度CaCl2溶液治療心律不整的可行性。

康達效應快現身〜我「照」你!

本研究以紋影攝影裝置為實驗工具,拍攝氣流流經物體時其軌跡變化,過程中我們清晰的看見康達效應,證明氣流流經曲面時會改變原行進方向。且發現風源須與圓柱體維持適當距離,方可產生最明顯的康達效應。此外,當氣流流經柱體,其側面夾角小於120°時,所產生的康達效應最不明顯;夾角大於135°時較明顯;流經圓柱體時最明顯,其中當底部直徑大小與氣流範圍相當,康達效應尤其顯著。另外,氣流流經適當曲率的水滴形物體,可順流通過之;而流經不適當曲率的水滴形物體則會產生紊流,不過利用導流板便可改善此問題。最後,我們運用本研究結果,在冷氣機出風口設計了S型曲面導流板,優化氣流流動方式,達到較佳冷房效果。