物理科

我們從網路影片發現海豚能夠吐出環形氣泡！對環形氣泡產生興趣後，我們自製以相同力道製造環形氣泡的施力裝置，進行環形氣泡產生方法和變因的探討。我們推薦以空氣砲製造環形氣泡。空氣砲使用3D列印中空圓筒瓶，瓶底包膜以繡框固定矽膠保鮮膜，並以推膜施力。我們以細小氣泡作為顯影顆粒，進行簡易的流體可視化，分析出環形氣泡形成歷程與內部運動軌跡。孔徑、管長和管徑都會影響環形氣泡效果。管徑3吋圓筒瓶最佳化為「孔徑/管徑＝1/3、管長20cm」。施力大小與孔徑則會影響環形氣泡直徑。環形氣泡需要氣泡才能現形，我們研發出內塞氣泡石、現形水量方法，讓氣泡現形一體化。此外還發現環形氣泡對撞會有互相抵銷、吸收與後凹抵銷一半現象。

本研究目的在找出浮屋定錨系統最佳避振的懸吊系統裝置方式。研究發現串接的定錨設計方式，且上重下輕能有效的減少晃動。在水深度不深的情況下，水下的懸掛物越重(但不可超過浮力)、越深，並且放置在與波前垂直的重心線兩側可以減少許多水平方向的衝擊。經過實驗數據的檢視與物理駐波的討論，發現串接的懸吊系統其懸吊物擺放在節點處可以大大的降低晃動。本研究依據物理公式v=√(F/μ)與v=fλ推算出懸掛物的節點位置，實際安裝後減振率達50%以上。振波藉由繫繩傳遞能量，而配重的定錨在節點處提供繩張力並且穩定的振動，利用繩的振動來消耗振波的能量，繩上的浮球可以降低繩張力並增加振波能量的消耗。文末並提出其他減少晃動的可能性建議。

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。

模擬高風速對模型遙控車產生之Double D (Downforce下壓的力與Drag阻力)比值切入空氣力學套件角度研究。下壓的力增輪胎抓地力，轉彎速度增快，縮短單圈時間 (lap time)贏得比賽。我們選取Nissan GTR與F1 Ferrari SF21遙控車，以巴沙木自製單層、雙層(主副翼不同角度組合)、三層共17組尾翼，自製風洞模型、掃葉機風力、2個電子秤同測前後輪下壓的力、拉力計測阻力，發煙機及LED燈拍攝氣流。結果發現尾翼寬度增寬與尾翼攻角越大，可增加下壓的力。阻力與風速平方成正比，相關係數0.94。對雙層尾翼，增加副翼角度比主翼角度更可增車子下壓的力。主翼0∘-副翼75∘造成「總下壓的力變化量/阻力變化量」比值0.78為最大，乃增加穩定度之最佳尾翼選擇。再以3D列印技術製作出最佳主翼0∘-副翼75∘尾翼。

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。

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」。

新聞報導「矽光子」是台灣未來重點產業，經老師解釋，我們學習到「矽光子」是將電信號轉成光信號在波導上傳輸。光可看是一種波動現象，我們嘗試能否從水波來了解波導原理？在實驗自製水槽中，針對小振幅淺水波的水波導現象與實驗變因進行探討。經多次測試：水波經過單通道傳播一段距離後，水波振幅在約30cm後衰減，而波導上傳播的水波可延波導傳遞更遠距離(>60cm)。 進一步以水深、頻率、壓克力條高度為變因實驗。結果顯示，須同時滿足波速比≦0.65以及起振水波半波長接近波導寬度才能實現水波導現象。 在異型波導實驗中，證明水波導有缺陷時，水波依然可以維持波形在水波導上傳遞。故展示利用小振幅淺水波在水波導上的傳輸，可以學習到矽光波導的傳輸行為。

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。

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。

本研究應用流化床以迴風使固體顆粒懸浮的流體原理，改良振動式餵食器，分析粒徑5mm飼料的阻塞因素，發展降塞策略。研究成果有： 1. 阻塞因素是環狀堆積會縮小出口，並促成最密堆積而不易崩落。 2. 飼料桶漏斗提供內側吹風管及中央迴風圓筒，提供向下出料壓力及向上迴風懸浮力，可達最佳出料速率(4940顆BB彈/秒)。 3. 本研究之最佳結構為： a. 圓柱形料桶：直徑12cm，高度30cm，漏斗口直徑2cm。 b. 中央迴風圓筒：直徑6cm，迴風口距漏斗口3cm。 c. 吹風管：水平角度45度、吹口距漏斗口1cm。 4. 出料動力參數為統內顆粒空間密度0.22g/cm3，風速16.7m/s，堆積壓力4g/cm2(5/8筒高)時，可達吹風出料，停風停料的效果。