物理科

扭轉與斷裂過程在自然界中無處不在，從不同的剛性材料之耐震特性至飲食中的麵體筋道口感。我們觀察到市售義大利麵標示不同快煮時間，從而研究其麵體之不同組合構造:如細麵所接合而成之雙棍、三角、與四面型麵體，是否導致不同的扭力係數；同時，並自製一套扭力係數測量設備，研究其扭力係數與麵體長度、組合構造之關係，並以玉米纖維(PLA)材料3D列印不同的組合構造之細線，以驗證實驗結果；進而發現扭力係數隨組合數增加而增加，麵體扭力量測與斷裂極限約在總長1/3處，呼應了著名物理學家理查·費曼所觀察義大利麵總在施力下斷裂成三塊之世紀未解之謎。藉由本次實驗模型與分析技術之建立，相信可在未來提供更豐富的力學研究課題與更廣闊的研究前景。

本研究以負壓隔離病房為範本，針對居家隔離排風方式進行研究，探討風速、送風口面積、模型長度與長寬比，對負壓差值和風量比的影響。相較於其他研究，本研究以一般房間作為實驗對象，並以每邊縮小十倍的房間模型來進行實驗，再將實際測試數值和理論數值進行比對。結果發現：排風扇風速與負壓差值呈正相關；送風口面積和空間體積與負壓差值呈負相關；排風扇與送風口面積比值為1~ 2之間時，風量比最接近理論數值。回推實際情況後可知：在2.46坪的套房留下 303 ~ 606 cm2的送風口，安裝風速 4.73 ~ 14.33m/s 的排風扇，可達負壓差值標準，增加居家隔離的安全性。

多數學生午休曾有腿部產生不適的情形發生，本實驗探討如何改善午休時大腿壓迫產生的不適感，利用三種瑜珈墊做為舒壓墊實測是否有顯著改善不適，並透過數據分析改善腿部不適的因素。 為了解舒壓墊的減壓能力，記錄重物壓在舒壓墊上的形變量，4公分厚TPE形變最明顯；2公分厚NBR形變較大。使用問卷調查法，多數人認為NBR材質較為舒適，NR材質較不舒適，為使結果更接近實際使用情況，我們進一步以手機拍攝兩種舒壓墊形變過程並用Tracker進行分析，試圖找出NBR較舒適的原因，發現NBR的形變軌跡較NR明顯，再利用錶式血壓計來檢測趴睡時下肢在兩種舒壓墊上的壓力分佈及大小，得知NBR的減壓能力比NR更好，因此我們認為舒壓墊的形變軌跡與減壓能力和舒適度有正相關。

隔空取物可能嗎?使用3D列印製作超音波懸浮裝置可使保麗龍球穩定懸浮，透過肯特管內共振波形與聲壓標準差的比較，聲壓的節點位置為肯特管波的位移腹點。在一個超音波懸浮裝置形成的駐波中，聲壓節點以外的聲輻射力使得物體被推往節點，因重力影響靜止懸浮在聲壓節點處下方。透過超音波的電壓調整改變共振波振幅，使得共振波節點位置會因為電壓造成的聲壓節點隨時間移動而改變物體位置，但此方式較難穩定控制物體移動方向。最後，我們透過共振波相位差控制改變共振波節點位置可讓保麗龍球穩定懸浮及移動，有效達到控制物體移動的目的。自製可同時改變兩個發射器間的角度及距離的裝置，搭配改變相位或電壓的程式，方便進行聲懸浮的實驗觀察及記錄。

本研究最初的發想來自於任天堂寶可夢遊戲中的招式「水電砲」，對其感到好奇的我們便想藉由操作實驗來模擬其中的情形，並對於此招式能否在現實中實現，及其達成效果的可能性，提出質疑與猜測。 我們測量不同型態的出水裝置、不同流速的水流、觀測不同噴射距離，也調整電壓大小，發現這些變因都與水電砲的可行性有關，且意外發現流速會影響水柱的型態(連續柱狀還是出現水花狀態)，同時也對結果有顯著的影響。但也發現出水裝置的水壓、承受水電砲攻擊的導體厚度皆與測量結果無關。透過研究的進行，我們也了解許多尚未聽過的有趣知識，譬如關於流體的伯努利定律；導電率是什麼；什麼程度的觸電會造成傷害，綜合以上知識讓我們得到了想要的答案。

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。

首先，設計研究一來找出最好的輔助噴氣裝置。觀察到當裝置的出風口為1公分且不延長路徑時，可讓吹風機的噴氣效果 增強以便輔助觀察。其次，透過研究二改變機翼模型的材質、重量、與形狀來找出最好的機翼模型。發現，材質不會影響飛行效果。而飛機機翼形狀在寬度為10公分且形狀固定時，用長為12公分的機翼模型，可以用最少的風力維持飛行。研究三整流，發現鼓風機製造出的氣流是紊流，所以添加吸管等材料來達到整流的目的。發現，縮減吸管的直徑雖可讓氣流變穩，但也會消耗風力。在保持風力的前提下，最具有整流功能的紙加一組粗吸管柱，所以用其來輔助觀察研究四。最後在研究四，測量研究二各種機翼上層的風速，來做為研究二的討論資料。

鏈與環魔術簡稱為魔戒，本研究將魔術tricks藉物理模型與tracker軟體分析，化成探討翻轉落體運動物理模式。發展四種物理模型進行實驗、攝影與截圖、tracker分析其S-t、v-t圖和相關物理量，解釋環套鏈成因。包括：1.環套鏈物理模式分為翻面落體期、立環直落期、翻鏈套環期與鏈環彈跳期等階段；2.翻鏈套環期決定環能否套入鏈；3.環套入鏈變因與影響程度為：鏈單位長度重量>環質量>鏈長度>環直徑；4.鏈愈輕、環愈重、環直徑愈大時，環可套入鏈長範圍愈大；5.鏈愈長，第二階段立環直落期時間也愈長，其他階段幾乎相同；6.環重遠大於鏈重時，鏈長會糾纏成多個套結，鏈短則形成半個套結；7.經鐵環兩點雙track過程，得知環翻轉運動軌跡。亦發現，一節節鏈設計亦為環能套入鏈成因之一。

我們以實驗室容易取得的重物與乒乓球模擬網路上跳水彈射手中球體的沃辛頓射流實驗。結果發現圓形的類天然海棉因為具有吸水迅速、可以平穩入水的優點，因此選擇以此為托球的載體進行實驗。依據我們的實驗結果，至少需要15公分水深才能形成完整的射流彈射出乒乓球，原則上在下落軌跡完全垂直於水面時，落下高度越高，球體彈射高度越高，實際實驗水深15公分以上時，落下高度50公分彈射高度約可達47公分，但結果受限於托球的海綿在落下高度40公分後下落軌跡不穩定，若期望更高的射流強度需要尋找更穩定下落的載體。

張拉共構體以常見的細繩使一個結構漂浮在半空中，想了解張拉共構體當中的原理。有一篇科展研究 提到三條線的張拉共構體做不出來，經實驗發現製作穩固的三線式張拉共構體方法及注意事項。 過程中，重新設計張拉共構體三次，發現上結構懸浮隱藏著槓桿原理，成功使用有彈性的繩索測量共構體繩索的張力。探討張拉共構體的懸浮特性獲得的結論：1.三線式的張拉共構體需要在上結構追加重物才能讓它穩定不翻倒。2.三線式張拉共構體的上結構有槓桿原理的特性。3.三線式張拉共構體的懸掛重物越重，越能夠承受一定程度的橫移晃動，但是第3號線將承受整個結構體的拉力及重量。4.第3號線的位置越接近第1 、2號線將使上結構可以承受比較大幅度的晃動。