物理科

本研究企圖嘗試探究透過磁鐵特殊的排列，使一個磁鐵處於既相吸又相斥的水平磁束縛態，並探討其形成原理、條件與預測工具。結果發現，一、利用兩個大磁鐵與兩個子磁鐵以特殊排列方式可能達到磁力平衡，且此時磁鐵會在某個區間所受的磁力為零，此磁鐵可以保持移動卻又等距的「磁束縛」有趣現象。 二、磁束縛現象特徵：1.大、小磁鐵數量（磁力）不能差距太大。2.增加母磁鐵數量較易造成磁力不易平衡。3.增加子磁鐵數量下，會增加磁鐵子母磁鐵的夾角。4.增加或減少大小磁鐵的磁力，磁束縛距離改變不大。三、 磁顯卡是可以用來預測磁束縛狀態是否形成的有效工具。

本研究在康士維錯覺的基礎上，進一步探討中央漸層色彩對其 相鄰色塊影響之行為，並與相機拍照加以比對。首先本組設計不同中央漸層變化圖片，讓20位受試者進行顏色辨識測試，結果發現中央漸層的色彩不僅會對兩側色塊的明暗產生影響，連本身的色彩也會看起來不一樣。再以相機拍攝設計好的圖片，將其存成RAW檔的格式，再以image J程式分析其顏色變化情形，經分析後發現：1、靠近中央亮區一側的色塊確實會變比較亮；2、相鄰兩色塊連接處都會互相包含彼此些許的色彩；3、兩側色塊的顏色會因中央漸層色彩的形式而有所影響，此外、比較兩者結果，具有一致性的發現意謂著康士維錯覺不僅僅只是大腦解讀造成的，還掰和光學及影像處理等問題。

利用線香探究光在立體空間的分布，發現圖紋與光線的條數具有相關性的，在不同的角度下產生的圖紋精彩炫麗、美妙驚奇令人驚艷。為了找出圖紋、光線和水滴及介質之間的某些相關觸點，設計了相關性的設計實驗並參考惠更斯原理與繞射原理，比較不同水滴形狀、垂吊方式及改變雷射筆照射位置來觀察圖紋差異，觀察不同角度的光經過同一介質的連續曲面產生的圖紋差異，對產生的圖紋加以解釋。透過這一系列的實驗，發現光經過介質時會因遠近差異、角度、水滴形狀出現折射及反射的美妙圖紋，時而交疊或發散，形成了各式複雜曼妙精彩的圖紋。這些都是本實驗值得探討的研究。

在電影場景中的流沙是可以吞沒人體的自然現象，但實際上流沙能覆蓋人體的深度並不深。從文獻報告顯示，流沙是非牛頓流體的一種，但表現出來與太白粉所製的非牛頓流體不同。利用咖啡渣來建立流沙的受力模型，發現不論在阻力的表現、表面出水的現象與物體沉入的狀況與流沙都極其相似，以咖啡渣作為流沙的模型，可以減少使用玉米粉或麵粉所造成的浪費，同時可控制粒徑大小，測量受困者與流沙間的受力關係，立新的研究模型。在定力的實驗中，對物體施以垂直拉力，瞬間拉力約為物重的80％即可拉起；若沒有瞬間拉力，則需物重的120％以上。在動態的實驗中，物體所受的阻力會因著受力擠壓、含水量多寡、接觸面積、力量作用時間的不同而有差異。

探討果凍效應與捲簾快門間的關係及其應用，動機源自雨刷在錄影時產生變形，研究目的包括：（一）「測量LED燈閃爍頻率」，作為計算感光元件掃描速度的依據。（二）「測量不同攝影設備的掃描速度」作為後續測量的依據。（三）「探討如何運用捲簾快門測量快速變化的物體」（明暗變化、轉動、振動）（四）嘗試以捲簾快門記錄聲音振動，呈現可視化聲波形狀。研究發現不同設備的掃描速度不同，也影響變形程度，選擇合適的設備可減少影像扭曲或更適合測量不同變化速度的物體，證明捲簾快門可作為測量光源閃爍頻率、亮度變化、風扇轉速、弦樂器頻率的有效工具，也能捕捉聲音的「形狀」，拓展其於科學測量與攝影領域的應用價值。

直笛是每位學生必學樂器，加上簧片巧思，創作出簧片直笛。實驗變因控制為形狀（三角形、梯形、長方形），厚度以及材質。運用問題解決，開發出雷射切割簧片及板擦機吹氣，將人為誤差去除。實驗發現，三角形簧片會將頻率往上移動，上升最大59.2%。梯形簧片，當簧片寬度越寬，振動頻率越低。長方形簧片，簧片長度越長，振動頻率越高。當厚度越厚，頻率會變低。不同材質簧片，發現投影片簧片頻率變化最佳。從共振分析得知，當簧片振動頻率接近笛子自然頻率，音量增加。當簧片振動頻率沒有接近笛子自然頻率時，無法發出聲音。原本學生常用的高音笛，配合簧片替換創新，可吹出超高音笛的聲音。「笛管新聲可創造出不同音域的巧妙變化」。

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。

沃辛頓射流是指物體掉入液體中後，在液體下形成空腔，經由表面張力的作用，空腔收縮並向上噴射的水流。瞭解射流機制與抑制射流引發的噴濺，在機械潤滑與公衛領域是重要的課題。本研究透過空腔與容器的交互作用，影響射流的形成空腔形變會改變表面張力的合力方向，使得局部收縮速率不同，進而影響射流的高度與方向。透過改變空腔兩側形變的程度，我們可以有效控制射流偏移方向，本研究進一步透過自製頂針，讓空腔局部變形，藉此產生射流偏移，證實張力波並非射流偏移的主要因素。本研究的成果，為射流的 研究提供一個新的觀點：空腔弧度大小決定收縮速率與方向，未來可藉此影響空腔收縮，協助科學家降低空蝕現象對機械的破壞。

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。

本研究探討乙醇水溶液滴入沙拉油中之液滴分裂行為，分析液滴滴落高度與有限邊界對液滴分裂行為影響。研究液滴擴散最大、分裂完成與分裂後兩分鐘的最終狀態，並修正反應時間模型。結果顯示，滴落高度越高擴散範圍與分裂液滴數量增加，最大擴展直徑呈U型變化，反應時間於中間高度（約10cm）出現局部最小。邊界越大時分裂更完整，液滴平均面積較小，邊界過小則影響母液滴為維持最小表面能而收縮、分裂的速度，使反應時間增加。首次提出液滴內縮機制，觀察到液滴分裂未完成即出現內縮（TypeII現象），由乙醇與水揮發差異導致擴散接著內縮形成圓環，為文獻未提及之新現象。整體結果補充液滴分裂行為，未來可應用於微流體與表面張力相關研究。