物理科

本研究探討油滴在截油槽中之微觀運動行為與流場結構之關聯性。透過模擬截油槽模型，設計不同槽數與隔板長度變化條件，並以油溶性染劑染色油滴，結合 Tracker軟體進行追蹤分析，觀察油滴運動軌跡與滯留時間。研究同時比較不同進水速度對油滴行為的影響，並進行皂化反應秤重分析，以量化截油效果。實驗結果： 一、多槽設計可提供更多擾動與攔截區域，有助提升截油效率； 二、快速進水容易產生漩渦，延長油滴滯留； 三、Tracker能有效捕捉油滴微觀運動，佐證槽體設計與流速改變對油滴分布之影響； 四、皂化產物重量亦能與流場結構形成對應關聯。 綜合而言，隔板設計與進水條件明顯影響截油效率，本成果可作為截油槽優化設計，並呼應SDGs永續水資源目標。

傳統水波干涉現象一般使用光學方法進行觀測，本實驗透過自製研發水波的電阻測量儀進行水波波速測量、水波干涉的波群現象及水波峰值衰減模式探討。水波週期差約10ms以下時，水波干涉使水位電阻產生波群現象，波群週期約為3.5秒。GGB模擬結果，波長差會影響波群的形成。振幅變化不會直接影響波群出現，波長差越大或太小，波群越不明顯。糖水濃度低於28％，不同波長的糖水波群週期、峰值衰減不隨糖水濃度改變，推測液體衰減性質與液體本身(水)的性質有關。透過水道內2組水位電阻測量儀，追蹤水波波峰或波谷經過探針時間，能準確有效的測量水波波速，結果顯示水位越深波速越快，與理論公式趨勢吻合。

我們利用培林、塑膠棒、電磁鐵、Arduino光敏感應器，製作了一個單擺拋出鐵球的實驗裝置，進行垂直圓周運動的拋物實驗，我們發現單擺將物體拋出後，物體只受到垂直方向地球引力的影響，水平方向則不受外力的影響。擺長越長拋出鐵球的飛行距離越遠，而擺錘重量與鐵球重量，則不會影響。改成兩節式擺長，可以增加鐵球的飛行距離，當下節擺長越短時，鐵球也會飛得越遠，而鐵球最遠的飛行距離則是在擺角25°時拋出。

我們歷經觀察、設計、測試與改良，終於研發出能模擬鴨子雙腳蹼足交替划動、可穩定前行的「第三代機械鴨」。 我們還研發【推進力測量儀】，成功量測鴨蹼划水所產生的最大推進力，並運用 Tracker 軟體分析實驗影片，比對結果高度吻合，證明此測量儀為一個非常可信的實驗工具！ 研究中發現蹼足的材質、面積、厚度、划水速度皆會顯著影響推進力表現! 而鴨脛長度與兩蹼夾角亦會影響機械鴨划行的穩定性與效率。在實驗中模擬小鴨列隊划行行為，驗證列隊划行有助於省力推進。 最後利用自行研發「波動感應儀」裝置讓我們以視覺化方式清楚理解鴨蹼划水在不同深度造成的水流動態特徵，是本研究的一大創意與突破。

有趣彈跳板能像游泳選手在起跳台用力一蹬，產生不一樣彈飛運動。本研究發現：自製20度斜坡擺在高度10公分彈跳蹬台，彈跳板對折後把頭部放置與稜線距離3公分，起跳瞬間用高速攝影分析起跳角度接近45度，而且後側板對斜面及拉緊橡皮筋撞擊稜線都會產生下壓作用力，獲得斜向反作用合力，出現對稱彈跳軌跡，彈飛水平距離最遠203.2公分。當彈跳板鉛直向上，姿態如芭蕾舞者，呈現連續左右水平圓周方向快速旋轉，軌跡最直不傾斜！令人驚豔是彈跳板黏貼小小墊片竟能彈飛精采多樣的舞姿，當彈跳板斜向拋物，會逆時針連續後滾翻；當增加配重，翻轉變超快，落點更集中；當墊片黏腳部重心降低，有頭上腳下垂直圓周方向連續快速翻轉現象，非常有趣！

「沙球」是盛行於沙灘上的遊戲，某些地區也創造出不同的遊戲方法－例如：比賽沙球滾動距離、沙球對撞比賽......等，但所有沙灘都能玩這些遊戲嗎？又要怎麼做才會玩得好呢？ 根據我們的實驗結果，利用篩網篩出較細的沙粒(粒徑<0.08mm)，並將沙水比控制在200：35~200：45之間，能做出較堅固的沙球，含水量少(200：35)沙球較硬、滾動較快，含水量多(200：45)沙球偏軟、滾動較慢，同時也較耐撞擊，此外球體較大的沙球也較耐撞 。