物理科

流沙箋為調製顏料灑在水或黏稠性介質表面，經由各種工具及技法製作各種紋樣，再將紙覆於其上轉印而成。製作流沙箋以水作為載體所得的紋樣自由流動，不易固定，近代發展常以海藻酸鈉為載體。 毛細管檢測表面張力海藻酸鈉及羧甲基纖維素皆為11.1mm，甲基纖維素11.6mm 這三種膠體表面張力較為相似，載體除可用純水配置0.45%海藻酸鈉外，也可嘗試其他。水膠液液滴直徑觀察中海藻酸鈉液滴直徑最小4.03mm(倒數為0.25)，水則為4.67mm(倒數0.21)，海藻酸鈉倒數最大表面張力最小，有較穩定的顏料擴展；顏料液滴直徑以黃色表面張力最小，紅色及藍色則沒有差異。 流沙箋製作過程中影響因子太多，溫度較低的環境或溶液較能保持製圖時的液體表面擴展，未來也可再探討不同顏料與載體互動差異。

能源一直是台灣大問題，團隊希望讓生活中被浪費的能量轉換成可用的資源。 從各種壓電效應發電的方法開始進行研究，查詢文獻，我們突破困難，設計了穩定的發電壓電效應測試器，發現壓電片越多數據越大，發電效應也越好，敲擊下的壓電片很容易受損，找到最適合的保護膜，因為實驗才發現壓電片是交流電，必須透過橋式整流器轉變成直流電，並儲存到電容內，才可以較容易地應用在生活中，為了善用實驗成果，我們也測試不同組合方式，最終讓壓電片發電效應倍數增加，更發現正反排放的效應尤其驚人，團隊將會朝向老人生活或實際應用，做出可運動也可發光的裝置。 研究團隊研究壓電片發電，製作出低成本、有效應且最能儲存電量發電組，作品仍在繼續研發中……

本研究主要探討水瓶自高處落下時，瓶內流體如何影響水瓶彈跳，我們自製跳台和彈跳瓶進行實驗，並改進測量精度，找到水瓶落地造成水彈起、瓶靜止的變因條件。研究結果如下：一、瓶內流體的流動，依過程共分為整體、分離、轉換、恢復等四個時期。二、流體進入轉換期，會將水瓶位能轉換成流體動能，主要跟碰撞時的液面曲度、水量、和液體黏度有關。三、旋轉水瓶會改變水面曲度，讓水在碰撞時產生更強的水柱。四、100g水瓶轉速大於臨界值300RPM時，彈跳次數只剩1次，水瓶落地接近完全非彈性碰撞。五、加入和空瓶等重的水時，質心高度最低，影響彈跳效果越明顯。六、液體黏度會影響瓶子彈跳，黏度較高，甘油瓶彈跳次數可達到5次，黏度較低只有2次。

本研究在風洞中觀察到卡門渦街造成振動阻體共振的現象，了解到振動阻體口徑、風速大小影響卡門渦街頻率，而振動阻體的自然頻率與渦街頻率在特定條件下發生共振，也觀察到前後擺放兩個振動阻體，振動阻體因卡門渦街，有交錯擺動的現象。我們利用可產生最大振幅，口徑16cm的彈簧阻體來製作發電裝置，在風速3m/s、彈簧長16.5cm下，可得到最佳功率為530±11mW。將前後擺放兩個振動阻體串聯，在風速3m/s、彈簧長19.7cm下，可得到最佳功率為12.5±0.5mW。未來期望多加以改進並實際運用到生活中。

本篇研究主要討論減震及隔震裝置是否能在減少地震災害的同時，還能有發電的潛力。我們分別設計了減速馬達隔震裝置、電磁類雙彈簧調諧質量阻尼器進行實驗。前者透過加裝減速馬達以及不同齒輪齒數等因素，在能減震的同時提升發電效果，當外齒輪為36齒，且加裝復位彈簧時，在448gal加速度下，建物最大加速度能減少13%，並且能達到1.5mW的發電效果。後者的實驗中，我們認為電磁線圈及磁鐵兩者間距以及擺長的組合，將對建物產生不同的減震效果。實驗中在134gal加速度下，12.5cm擺長搭配與1cm的線圈間距，能夠降低51%的頂樓加速度，並達到2.9μW的發電能力。透過量化裝置發電能力後，也判斷整體來說減震效果與發電量關係不大，但與類雙彈簧系統上下板的間距有關。

本實驗以指尖陀螺與馬達製作阻尼器，利用角動量的原理來平衡船隻的晃動程度。從實驗結果發現有裝阻尼器的船隻，震動的波形相對較為穩定，表示阻尼器對於穩定船隻有實質上的效果。而改變指尖陀螺的質量和轉速，也驗證了角動量越大穩定的效果越好。希望未來能進行更大的實驗模型，進而實際應用在一般船隻上。

本研究是探究以大豆沙拉油為基底相的開放系統中，酒精驅動書法墨滴鋪展的物理現象。透過鋪展面積倍率分析，發現以墨滴當鋪展相比其他顏料更適合，乙醇驅動墨滴鋪展的效果優於甲醇、丙醇及丁醇。基底相的高度會影響墨滴的鋪展倍率及鋪展現象的可重複性。0.054公克的墨滴在油高0.54cm，鋪展倍率最大，聚合效果最好。若油高超過墨滴的理論直徑時，控制墨滴重量在0.031公克，可使2公分高度落下的墨滴以花瓶狀懸掛在油面。驅動液酒精濃度越高，面積鋪展的倍率越明顯；可用酒精調整墨滴表面張力，使墨滴以碗狀懸掛油面，再以酒精驅動鋪展，若酒精墨水表面張力低於31.1mN/m以下，可產生自發性的鋪展現象。上述液體系統可設計成用來認識物理現象科學玩具。

1.彈性體彈力係數在卡門渦街效應中會變化，代表受力相同下，形變量改變，利用卡門渦街共振發電有節能效果。 2.系統渦街頻率為0.76Hz，測量阻流體後方1倍球體直徑處頻率為0.86Hz，2倍直徑得f=0.79Hz，與理論計算相近，證明有卡門渦街效應存在。最佳的組合直徑4cm、弦切角度30度半球形阻流體，有風時k(彈性係數)=6.61N/m，無風時k=11.46N/m。在6.5cm的彈簧座上，放置射流完全發展階段，距離出風口縱向距離15cm橫向距離3cm(15cm/s)處，共振晃動軌跡為橢圓形。 3.阻流體模組在卡門渦街共振下頻率變小，共振效應有穩定阻流體運動穩定性。 4.卡門渦街發電裝置的發電功率為較課內實驗的發電功率穩定，其體積與質量都較輕巧化，有發展潛力。

張拉整體結構是透過繩索等提供張力，讓堅固的結構在看似無支撐的狀態下維持懸浮與平衡，實驗中透過在尼龍繩上裝設彈簧，觀察平衡時張力大小，以及外力或移動中心支撐繩位置對於平衡和張力的影響，並嘗試將中心繩換成電磁吸盤，觀察維持平衡所需的電壓範圍。由實驗結果得知：1.平衡時每條繩子的張力大小，會受到結構重量以及質心位置影響；2.從側邊額外施力時結構會傾斜，以曲柄所在的側邊施力影響最小，平衡最穩定；3.移動中心繩會使支點改變，使中心繩靠近的繩子張力變大，整體結構傾斜；4.以電磁吸盤當中心繩時，提供足夠電壓(6V以上)可維持平衡；以上實驗結果可以做為張拉結構的繩索材質、結構設計以及可承受外力的參考。

當以磁鐵做為擺錘的物理擺，並讓它在金屬面附近作週期振盪，經由實驗量測與理論擬合分析發現，本裝置會因電磁感應而在金屬面上產生渦電流，並對擺產生阻尼作用，其渦電流阻尼力是空氣阻尼力的18.4倍，進而使物理擺較快停止。進一步研究，發現渦電流阻尼作用力大小亦與金屬片材質、厚度、擺與金屬距離、磁鐵強度等因子相關，再者，因金屬的集膚效應，渦電流大小在金屬內的分布會隨著深度而呈現指數衰減；且此大小會受到金屬層間隙或是金屬面的不完整而進一步劣化。最後針對「減震」研究，經由磁鐵物理擺產生的總阻尼力以消除物體的振動能量增益達112%，較同質量的物理擺增益亦達25%，可實現較輕質量塊的物理擺式阻尼器在建築物防震領域上的有效應用。