物理科

「附壁作用」是指流體遇到障礙物（例如氣球），流體會沿著障礙物曲面流動的現象，並產生推往流體方向的作用力(氣球的舞動，2021)。於是採邊想邊實驗邊修改的模式來探究氣流附壁作用。研究結果發現： 一、 氣流經過正角柱體時，會沿其側面流動且其底面邊數愈多愈明顯。 二、 氣流流經直圓柱體時，會分為兩股附壁在兩側運動，到了另一端時再匯集成一股往前進。 三、 氣流經過球體所產生的附壁作用，能使球體穩定飄浮，並帶動球體產生偏移。 四、 氣流會從側面有斜度葉片沙漏型圓柱體的縫隙中流出，且附壁在曲面上形成一直環繞的現象。 將氣流一直環繞的特性運用於日常生活上，或許可設計出便利於生活的科技產品。

我們將長條棒狀物，一端固定後水平轉動落下撞擊鐵球，測量鐵球擺盪的高度，來尋找其打擊甜蜜點。我們發現棒狀物的長度和寬度都不會改變甜蜜點在全長的比例位置。而材質、重心的改變會影響甜蜜點在全長的比例位置。在實際測量羽球拍後發現，廠商會控制球拍重心將甜蜜點置於拍面正中央，讓使用者有較大的擊球面積，不易失誤。建議握把布也要盡量使用重量輕薄，以免改變球拍重心，導致甜蜜點下移，影響擊球力道。

界面活性劑容易因表面張力特性相較一般液態物質能具有更長的膜態持續時間，並且因光的照射或是環境擾動可能有不同色彩變化。本研究探討界面活性劑在不同濃度比例以及不同條件縱波干擾下之特性。本實驗利用頻率製造器製造條件縱波，再拍攝其對陰離子界面活性劑波紋波速與波形變化的影響。探究後找出在條件縱波和靜止狀態中最佳泡膜狀態之界面活性劑之比例 （1：1） ，並發現泡膜後期會有單層的黑膜態，且其面積會逐步擴張，而在條件縱波的影響下會具有混沌態和一個或數個stranger attractors。期望未來能夠針對不同溫度與更大面積的泡膜進行分析。

本實驗的目的在探討雙擺在擺動過程中的混沌現象。我們利用EXILIM相機及Tracker軟體為實驗工具，探討下擺在繞圈運動時的條件。結果發現，雙擺在第3次擺動後開始明顯不規則。下擺繞圈現象出現在上擺兩端處，且連續繞圈數多為1-3次。此外當擺重越小，擺長越短或擺角越大時，下擺繞圈數及上擺振幅也較大。當擺重越大時，雙擺總能量快速減少，轉動圈數也較少。而當擺動過程中時，根據鉛直面圓周運動原理，只要下擺能量大於臨界能量(5/2mgR)，即可產生連續繞圈現象。

摩擦音一向是令人不悅的噪音，經由實驗自製出聲音多變的磨鳥笛；發聲原理不同於販售的數種鳥笛，從磨鳥笛組成要件〜木頭材質、螺絲粗細、紋路、扭力大小、比對鳥叫聲探究： 1. 磨鳥笛要能夠發聲須注意木材硬度、螺絲紋路、螺絲直徑、摩擦角度等特性。 2. 發聲結構體(木材)硬度在600~1800最合適，例如：櫸木、雲杉、松木、桑樹。 3. 螺絲直徑5~6mm，細牙，牙距0.5~0.75cm，深度0.3~0.5cm最適合當作摩擦體。 4. 木材含水量多寡影響聲音有無、高低音及泛音的變化，與螺絲轉動摩擦力大小有關。 5. 改變扭力大小與角度，造成螺絲鬆緊度改變產生不同音頻和音量的轉換。 6. 增加摩擦力可讓磨鳥笛聲音擬真度提高，扭力與振幅成正比。 7. 螺絲深度(h)∝音頻(f)，木材半徑(r)∝音頻(f)結果顯示為負相關。

這是截至62屆科展為止，第一件研究水平尾鰭在水中運動行為的科展作品。 歷經長時間努力終於研發出能模擬海豚利用水平尾鰭的擺動在水中向前游動的「機械海豚」，更進而研發【水中推進力/升力測量儀】，成功以「重量」形式呈現水平尾鰭在不同變因下所產生的推進力及升力，透過「推升比值」精準檢視其前進能力。 研究發現水平尾鰭的擺動速度、面積、形狀都會影響其在水中的前進能力，有趣的是尾鰭擺動得越快，不見得會越游越快喔！ 最後研發的【水流檢測儀】可環景無死角地看出水平尾鰭擺動時的水流變化，小檢測球的設計更是讓水平尾鰭後端的4個漩渦完美地呈現在眼前！證明水平尾鰭的擺動會製造渦流降低前進的阻力以提高前進的效能。

本研究先根據功能原理與能量守恆定律，推算出四連桿機構中省力與費力的裝置，發現影響因素有桿長及搖桿角度，接著聚焦於桿長，尋找不同型態的長度範圍。以GGB為主，扣條為輔作為研究設備，將所有情況分為四桿相同、三桿相同及兩桿相同，運用基本原理找出形成機構的條件，再利用葛式判別法則推論構成葛氏機構與三搖桿時不等式的分界點，以及葛氏機構對應的型態，並將結論以樹狀圖呈現。 最後，在模擬投石器的實驗中，觀察到在特定從動桿長度下，彈簧拉力越大時，球的拋力大小與前一項的差距會有「遞減」、「持平」或「遞增」的現象，原因是主動桿做等角度圓周運動時，從動桿是做加速度運動，且這個現象可以在實驗中紀錄的球拋出之水平距離中看出來。

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。

我們以救生板加上帆運用於水上救生的想法，深入研究帆、風與航行原理的關係，嘗試以穩定直流的風源，探討順風、側風、逆風等各種風向的吹撫之下，藉由控制帆的角度，讓風帆救生板可以在最省力的狀態下御風而行的可能性。研究發現風帆救生板須以縱帆作為設計，以風帆救生板車於陸地上模擬不同風向與各種帆的角度作用下，當風以順風方式吹拂時，帆的角度為90度時車行速度最快、風吹來的角度為135 度的逆風狀態時，帆在150度時卻是可以逆風而行的，之後我們將陸上研究的成果，以地墊的高密度泡棉，改造成風帆救生板進行實測，水上救生的部分如以板上加帆的設計，以調整帆的角度就可航向目的地，達到御風而行的效果。

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。