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物理科

衝吧!究極針筒空氣動力車

我們實驗目的主要是探討影響空氣動力車行進距離的因素為何?瞭解其在車身大小與重量相同時,藉著改變針筒大小、針筒容量、重心、車輪大小與車頭,來瞭解影響空氣動力車行進距離的因素,並針對改造車體結構對行進距離的影響來進行實驗與探討,驗證我們的推論。藉此充份掌控一些空氣動力車的製作技巧,期望最終能夠做出一台可以跑得最遠的「究極空氣動力車」。

「峰」芒「幣」露:從聲波判斷真、仿幣

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。

改善疊椅卡住之研究

塑膠椅疊在一起椅腳間有摩擦力,當拉力小於最大靜摩擦力+椅重就拔不開,因此本研究主要探討椅腳加裝魔鬼氈、市售和自製半圓珠對於疊椅拉力的影響。先以魔鬼氈與市售半圓珠做實驗,發現市售半圓珠降低拉力效果比魔鬼氈好,且半圓珠越厚越多,則降低拉力越多。再來以三D列印製作不同厚度半圓珠做實驗,結果發現厚度5.5~6.5mm時,拉力從5.27kg降至2kg以內;厚度大於7mm以上時,拉力更降為1.55kg以內,幾乎不卡了,而且以黏貼在「中」位置(椅腳連接片)效果最好。綜合以上,建議厚度7mm以上黏貼在椅腳連接片位置即可達到不卡效果,更建議廠商直接在椅腳內部設計凸面,開模成一體成型的塑膠椅就能解決卡住問題。

排對了會更強-磁鐵排列研究

本研究採用程式推算與實測驗證實的方式,試圖找出能產生最強磁力的磁鐵排列組合。實驗結果所找出的排列方式與海爾貝克陣列(Halback Array)一致。另外,我們嘗試製作「磁力線魔鏡-Ferrocell」來觀察上述實驗的磁力線形狀,探討磁力線與磁力的關係。「磁力線魔鏡」可以方便、清楚的看到磁力線形狀,或許能成為課堂上不錯的教具。最後,我們進行引導磁力線的實驗,利用矽鋼片改變磁力線來增強磁力,觀察各種鋼片與磁鐵的搭配方式對磁力大小有什麼影響。同時也試做了可以開啟、關閉磁力的「磁力開關」,展示改變磁力線的實際應用。

風水輪轉―氣、液兩用特斯拉渦輪發電機設計與應用探討

2050年淨零碳排的目標,全球積極發展再生能源維持充足的能源供應。本研究以廢棄光碟片製作特斯拉渦輪,學習大自然黃金螺線改良;分別以空氣及水兩種流體,比較渦輪轉速效果,轉子採用螺線數量:0條、2條、4條或6條,分別搭配0度、10度或20度入口角度。氣源壓力為1.00kgw/cm2時,採用4條螺線,搭配0度入口,轉速為1735RPM,相較特斯拉渦輪轉速746RPM,轉速提升133%;水源壓力為0.50kgw/cm2時,採用4條螺線流道,搭配10度入口,轉速為657RPM,相較特斯拉渦輪轉速381RPM,轉速提升72%;透過黃金螺線引導,可有效提升低壓流體的渦輪轉速。以氣源帶動渦輪成功驅動輪轂發電使LED燈照明;並對鋰電池進行充電,展示特斯拉渦輪發電效果。期盼可以發展成小型發電裝置並應用。

小提琴音色的奧妙

小提琴主要是由琴弓帶動琴弦使提琴透過音柱與音箱振動而發出聲音,而琴身、琴橋、琴弦、拉弦板、肩墊、松香……等,這些因素都可能影響提琴的「音色」,但是多數人,是很難用耳朵聽出「音色的差異」,因為聲音既看不到也摸不著,所以希望透過傅立葉電腦軟體Audacity,來分析聲音的『頻譜圖』,用科學化的證據,讓非音樂專業人士,也能「看」到音色的差異,並利用頻譜圖與聲響學理論說明音色的奧妙,讓喜歡音樂的我們,找到適合的小提琴,也讓初學者或演奏者更容易找到合適的琴。 在關於小提琴音色的實驗裡,影響小提琴音色表現最主要的因素是松香和琴弦。我希望將松香與琴弦所產生的音色用科學方法分析,建立資料庫,讓演奏者很快找到適合的松香或琴弦。

不同轉動座標系統效應對流體中不同質量顆粒分布狀態研究

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。

黃河之水天上來-免電力自動補水

最近經常停電,老師常常宣導因應地球暖化要節能減碳,因此我們搜尋資料並嘗試設計不需要電力的魚缸供水系統。歷經第一代簡易供水系統的研發,第二代運用希羅噴泉的探究提供水源,到第三代運用虹吸原理設計除了供水之外還能幫魚缸替換原本的舊水達到活化魚缸水的功效,已經可以取代原本需要馬達抽換水的功能。本研究還使用廢棄或可回收的物品來完成主要供水設備,除了創意十足外,可行性非常高,運用大自然的力量當作能源,可以減緩地球資源耗盡枯竭的時程。希望資源可以永續發展,也為我們生活的地球盡一份小小孩的心力。

誰是大老千—骰子重心與機率的探討

本次實驗成功製作了二十顆不同重心的骰子以進行不同因素的探討,其中實驗最成功的地方在於我們於2cm*2cm*2cm的骰子投擲結果中取得了兩條R2值很高之線性公式,其中一條公式可以讓我們任意製作出「某個點數機率偏高的骰子」;另一條公式可以讓我們任意製作出現大的機率或是出現小的機率偏高的骰子,且其中一條公式經過「偏移比例」的方式換算能成功的預測出在不同尺寸骰子的重心的偏移對機率的影響。 另外本實驗也嘗試由「控制力量」、「控制角度」和「控制投擲面的方向」三方面來進行研究,不過在本實驗中所得到的數據只能觀察到「控制投擲面的方向」確實會對機率有所影響,但無法觀察到任何線性與規律的存在。

「凌波微步」--- 微波電漿的產生方法及變因之研究

本研究依據「微波電場」造成導體「集膚效應」 的原理,希望探討葡萄在微波爐中產生微波電漿的產生方法及影響因素。過程:進行聚丙烯酸鈉橫截面直徑大小、微波強度、 鋁箔紙角度、線圈間距及線圈圈數等對電漿產生的影響。藉由本研究實驗結果證實:在微波電場中對導體產生的集膚效應,進而激發表面尖端放電進而引發周圍氣體被激發成為離子態進而進入電漿態。而當線圈圈數變多時,會發生短路現象,釋放高溫高熱,使溫度和亮度均升高,但也造成電壓相對下降。我們也進行了線圈金屬材質的實驗,發現鐵(鉛線)因為是磁性物質,因此能夠產生較高能的電漿;漆包線圈因為有機物質可以產生功率較高的電漿。