物理科

本研究討論「飛石索」在空中如何利用兩端重物把繩子拉開，繩子在接觸到目標 物後，可以順利纏繞。研究內容有飛石索發射器設計，兩端重物飛出時的向前初速度 計算，還有讓繩子張開的向左和向右速度分量討論，發射攻擊角度和纏繞到目標物的 落點、圈數，研究結果如下： 一、利用彈力橡皮管會伸縮形變來當發射動力，掛架採用四條懸掛式，飛石索可以順利被發射出去。 又因掛架角度設計成張開模式，所以兩端重物會往不同方向飛出，進而把繩子拉開。 二、目標物距離不同會有不同的攻角配合，例如距離目標物600公分時，飛石索繩長設定在70公分，兩端重物各20公克重，調整攻角角度在15度，圖1：飛石索纏繞住目標物飛石索會有最佳的平均纏繞圈數3.4圈。

自然老師在力與運動的課堂上進行科學展示，在繩子上裝紙片拉一拉就往上跑，到底是什麼原因？充滿好奇的我，呼朋引伴進行實驗討論，我們改變拉繩的距離、拉繩的頻率、不同的爬繩長度、不同材質的繩子、紙盒重量不同、吸管角度不同、吸管長度不同和紙盒裝上不同粗細吸管，實驗結果都會影響繩子與吸管之間產生的摩擦力。但相同材質不同粗細的棉繩在實驗結果上沒有明顯差異性，是一種意外的發現。 原來當一位科學家不難，只要把生活中的細節都當作探索，是可以累積很特別的學習經驗，並應用在生活中就是加分，這次實驗如果可應用在疫情下往高處輸送糧食、補給品，又可以幫助更多的人。也是使我們進步的動力來源，科學始終來自於人性。

本研究利用瓶蓋取代棒球，透過自行製作的瓶蓋發射器來探究各種因素對球路的影響。結果發現：無論瓶蓋凹面朝上或下，發射後大致會在0.4秒飛到最高點，但瓶蓋凹面朝上發射時較穩定，不但飛行距離較遠、飛得較高，落點也比凹面朝下接近中央。發射角度會影響飛行距離，30度時能飛最遠。瓶蓋中間若挖半徑0.25公分的圓洞，洞數多寡對於飛行距離的影響不太明顯，落點無規則可循；但若只挖一個洞，半徑越大飛越遠。適當地配重增加瓶蓋質量能加強飛行距離，當瓶蓋內部增重在2.9公克時，能讓飛行距離變長。

從新聞事件發想，用圓桌轉盤模擬物體圓周運動，並用tracker追蹤甩離的軌跡。 從實驗得知，轉盤轉速越快，物體離轉盤圓心越遠，需要的向心力愈大，當超越桌子最大靜摩擦能提供的向心力時，物體向外加速移動，隨著不足的動摩擦力，轉出螺旋軌跡。 利用座標xy圖顯示質點的甩離軌跡，實際相片作圖，測量影格相關數據，還原甩離真相。 長形物體受摩擦力作用，若轉彎時前後離圓心半徑不同，造成速差，會自轉甩出。 從甩離軌跡型態與加速現象，發現甩離的過程，向心力漸減、切線加速力量漸增。 綜合實測數據，我們沙盤推演出履帶甩離運動細部機制。二探現場發現路口特殊，速限前後急轉彎，十噸履帶向心拉力暴增，建議大車提早切外線，減速過彎，是唯一安全之路。

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。

想研究為什麼將附著在手上的泡泡往旁邊拉時會產生更小的泡泡。於是利用支撐架來模擬雙手，拉的速度則由砝碼的拉力來控制。 一開始先改變不同的拉力，發現拉力愈大，產生的子泡泡愈大。由高速攝影發現，要產生子泡泡前，母泡泡的曲率半徑開口會先從向外轉成向內，進而與中間段分離。而快速拉動的支撐架時，曲率半徑開口方向轉換的變化使中間段有較多空氣，形成較大的子泡泡。 較小的支撐架，所產生的子泡泡會比較大。原因是小支撐架的分離母泡泡會比較小，使中間段空氣量較多，所以形成的子泡泡也較大。 最後改變溶液的表面張力，發現表面張力愈大，母泡泡曲率半徑的變化越快，產生子泡的時間就會更短，因此子泡泡將隨表面張力變大而體積變小。

本研究探究螺旋降停器的原理，以一棉線連接重錘與輕物，跨掛於橫軸上，施放前由手持輕物於一端，使重錘懸掛。當施放輕物時，觀察重錘下降到停止的過程與輕物受到重錘作用力而產生的螺旋運動。 本研究以施放角度、重錘與輕物配重比、旋轉橫軸直徑、旋轉軸材質與棉線粗細等變因，探討不同變因對重錘降停效果與輕物繞行旋轉軸的影響。研究結果發現：1.施放角度會影響重錘降停距離，90°降停距離最短，其摩擦力與繩子張力等之合力最大；2.重錘與輕物的配重比愈大，重錘降停距離愈長，輕物的旋轉速度愈快；3.旋轉橫軸直徑愈大，重鍾降停距離愈短；4.粗棉線使重錘降停距離較小，且較快停止；5.旋轉軸的表面材質愈粗糙，重錘的降停距離愈短。

本實驗主要透過手擺發電裝置探討影響發電效能因素並應用在跑步擺動警示及緊急充電，達到綠能發電、安全防護、緊急求救等功能。 研究中，我們根據線圈、磁鐵、擺動速度等變因進行影響手擺發電的探討，並以三用電表及自製裝置：纏繞裝置、磁力檢測裝置進行檢測。根據實驗，我們發現，線圈纏繞匝數較多，發電功率提升；線徑越細電阻越高；線圈寬度越窄、線圈截面積越大、磁場強度越強、擺動速度越快皆會增加發電功率。我們依據影響發電因素，配合使用條件：體積、長度、重量、擺動方式，製作出跑步擺動發光警示裝置提供夜跑者安全保護，最後經過效能提升及整流穩壓後，成功製作出手機緊急充電裝置。

本實驗將掉落物稱為擬便，入水後短暫形成的無水空間稱為空腔。 我們發現水花高度和擬便距離水面的高度成高度線性關係，空腔深度和擬便距離水面的高度也成高度線性關係；而固定擬便距離水面的高度，當水深不同時，水花高度變化不一定和水深正相關。 其次，擬便的密度、先接觸水面端的面積、形狀、突起排列對水花高度的影響並無明確的規律性。 而在改變水溶液性質下，我們發現： 1. 當水面有一層介質時，都會降低水花高度，但水花高度卻和空腔深度呈現負相關。 2. 使用鹽、糖改變水溶液密度時，水花高度、空腔深度隨密度改變情形，兩種溶液並不相同。 3. 改變水溶液黏稠度時，洗碗精對水花的降低效果較果糖好。 4. 水面上有泡沫均能有效降低水花高度。

本硏究運用波以爾定律以及托里切利原理，討論不同口徑對應不同水柱壓下，因開口的表面張力及邊界層效應產生之｢綜効表面壓」，模擬與實測漏水量的變化。 實驗操作流程為以管長L一端開口一端封閉的水柱管，開口朝上注入高h的水量，將其封閉倒置後，其水柱管內氣壓與外界P0相同。開啟底部使其漏水至平衡，結果發現使用一般的水就可以簡易量測大氣壓力的條件。 進一步探討擾動對系統的影響，在綜効表面壓的作用下，於特定的震度和震頻時瓶口的加速度具有週期行為，並得出本系統應用於偵測氣流的限制與可行性。 本研究由已知的原理出發，透過實作來探究複雜且真實的機制，進而發現有趣的物理現象與實用價值。