物理科

自然課學過反射、折射和稜鏡色散，於是利用壓克力和不同液體來探討全反射和光穿隧現象，發現降低表面粗糙度能減少散射，以利觀察雷射光路徑；而紅光和紫光的折射角差值可作為色散的簡易指標。此外，液體溫度、濃度及相變化也會影響臨界角；結合不同臨界角可達成「魔法隱身」；結合不同全反射，則可應用於液體高度警示。 同時也探討全反射在介面形成的漸逝波(Ref.[1])，利用液體填入介質空氣縫來降低折射率落差，或是將空氣縫隙減小到幾微米以下，都能讓漸逝波穿越空氣縫來實現「魔法穿牆」，此現象稱作光穿隧(optical tunneling)效應(Ref.[1])，或受抑全反射(frustrated total internal reflection) (Ref.[2])，未來可應用在精密測量領域。

聲音是振動產生的聲波，當流體中形成氣泡或空隙時，壓力會迅速下降到蒸氣壓以下，於是就會發生空蝕現象，產生震動而有聲音。我們利用PlantWave感測器，夾住植物的葉子，植物因空蝕現象產生震動，感測器測到震動電波，透過演算法轉換成聲音，再將聲音經由phyphox app測得其頻率。我們進一步以植物的種類、不同器官、不同環境、不同對待方式、不同的澆水量等作為實驗的變因進行，再透過手持顯微鏡的鏡頭觀察水分在維管束中流動情形，結果發現實驗葉片面積較大者、同株植物較成熟的莖、環境的溫度較高濕度較低、在受觸摸對待、水量較多、缺少空氣及陽光的狀態下，水分傳輸變化較快，推測在植物內部氣泡及壓力產生變化，形成空蝕現象，因而所測得的聲音頻率較高。

本研究主要是以磁力特性與齒輪傳動原理為基礎，再透過資料蒐集、影片觀察與3D建模分析，並設計及製作零件可拆式之 磁性齒輪，可隨著各種圓心角的變化放置磁鐵和鐵質層進行實驗，依照各種放置物的分布不同，而呈現特定的旋轉比例關係。研究包括同軸性磁性齒輪、徑向式磁性齒輪，又可分為平面式與立體式，同時也研究磁性齒輪應用於生活中的可行性，例如：利薩如曲線等。 設計分析上我們採用3D建模分析法，以及實際測量磁場來修正建模理論，加上實作上的考慮，而設計出轉動圈數比較穩定的磁性齒輪。 在實驗上，我們利用強力磁鐵，配合適當的鐵質層，以及找出磁性齒輪的對稱性組合，設計出穩定圈數比的磁性齒輪對於產品的性質及應用表現非常滿意。

泰雅族的傳統陷阱中，利用重力位能儲存能量下壓後，來捕捉住動物的陷阱，統稱為Rangay。老師指導我們，以Rangay壓鼠陷阱為基礎，設計了多組的實驗來探討其安裝方式及科學原理。實驗過程中，我們熟悉了Rangay壓鼠陷阱的安裝方式，也學習祖先流傳蘊藏在Rangay壓鼠陷阱中的智慧。研究過程中，對於槓桿、力矩、摩擦力、重心、繩子張力、合力分力等物理觀念也有進一步的了解。我們參考前人經驗，突發奇想把Rangay壓鼠陷阱做了些調整，將石板換成了籃子，用來捕捉校園裡的流浪貓。過程中遇到的某些難題，也能利用實驗得到的結果及習得的物理觀念，逐一克服解決難題。最後也多次利用改裝調整後的陷阱，成功活捉到流浪貓。所以我們將它稱為捉貓神器。

射出去的橡皮筋竟然會自己滾回來，使用自製「逆向滾動發射器」，橡皮筋以一定的斜拋角度發射，它會在空中高速旋轉，跟地面接觸後，旋轉動能與地面摩擦力相互作用，產生逆向滾動效果。橡皮筋是不太均勻的彈性體，所以電子磅秤進行重量篩選，搭配圓形校對模型和自製靜態拉伸測量器，嚴格控制橡皮筋的物理參數，降低其他變因的影響，找出最佳滾回條件組合是： 1.直徑4.8cm近似圓形橡皮筋，重量0.60g，寬度3mm，彈性係數最好的k72。 2.橡皮筋不均勻拉伸比例1：1.5，中段轉折支架設定在正中間位置B。 3.發射點距離地面75cm，最佳斜拋發射角度20°。 綜合上述發射條件，橡皮筋發射後不但能成功滾回，而且多次測試常常超過原始發射點，展現良好滾回效果和動量維持性！

本研究旨在探討男性使用直立式或懸掛式小便斗時，尿流量、身高、和斗壁距離、入射角等因素，對於尿液噴濺面積和範圍之影響。研究方法包括：以頻閃燈和慢速攝影、tracker分析與雷諾數，辨識不同流量對層流和紊流之變化量；採用小便模擬器、Vernier氣壓計和力度計，測得水流和反彈流對斗壁作用力，終以蒙地卡羅法扇形區和Image J分析兩組小便斗噴濺面積和範圍。主要研究結果包括:1.以tracker 分析獲知流量和流速關係，從雷諾數變化量驗證流量小易受紊流噴濺、流量大則易受反彈流噴濺。2.尿緩=15mL/s，距斗壁30 cm 平射，反彈流噴濺最少；4.身高>=170 cm、25mL/s，平射兩種小便斗，噴濺面積與範圍皆最小；5.以600射角和對準排水孔，噴濺面積和範圍最大；6.本研究亦討論和改進尿液噴濺的研究方法。

透過一系列實驗研究走馬燈的設計與性能，探討不同因素對旋轉速度與穩定性的影響。實驗中，用紙杯與卡紙製作燈罩及燃料杯，並測試燈罩的長度、大小、開口方向，以及燃料種類與燃料杯設計對熱氣流的影響，希望能改善走馬燈的運轉效果。結果發現，當空氣受熱上升時，會驅動紙杯旋轉，而開口方向決定了旋轉方向，當開口朝左時，紙杯呈逆時針旋轉，當開口朝右時，則順時針旋轉。此外，我們測試了不同高度與大小的燈罩，變化開洞的數量、形狀與角度，並調整洞口在杯側的位置，以分析其對旋轉效果的影響。這些結果有助於理解熱對流、燃燒機制與機械運動的關係，也為改善走馬燈的設計提供了參考依據。

本研究起因於學校表演藝術課教室的迴音問題，影響學習專注與舒適度。為改善此現象，本研究針對空間音場進行改善實驗，探討不同布料材質、不同樣式窗簾、不同吸音孔形狀、不同吸音孔深度，吸音與減少迴音的效果。研究使用手機應用程式產生定頻音源，透過自製音場實驗箱，搭配噪音計測量吸音量與殘響時間。 研究主要發現如下： 柔軟性高的布料具較佳吸音與減少迴音效果。 波浪簾吸音與減少迴音效果皆優於紙捲簾與百葉簾。 孔洞為圓形之吸音板比正方形或正六邊形更能有效吸音與減少迴音效果。 孔洞深度較深之吸音板，吸音與減少迴音效果越明顯。 透過本研究的結果應用，選擇合適的吸音材料與孔洞設計，可以有效改善空間音場環境，提升學習成效。

特斯拉閥是一種神奇的發明，能利用管路的設計，達成流體在一個方向上流動時阻力最小，而在相反方向上流動時產生顯著的阻力的目的，我們想要運用在阻擋水流來降低災害上，我們的研究有以下的發現：(1)特斯拉閥的進水口角度為40度及出水口角度為30度時，減流的效果最佳；(2)特斯拉閥的支流愈寬，減流的效果愈佳；(3)交錯型主水道略優於對稱型主水道，但結構較複雜；(4)水流愈強，特斯拉閥減流的效果愈好；(5) 水的溫度與鹽度對於特斯拉閥減流效果沒有太大影響； (6)前後排列支流的特斯拉閥效果優於平行排列支流，且支流數量愈多，減流效果愈佳。

本研究將南美口哨陶罐、鳥笛與陶笛(泥哇嗚)的構造與製作原理相互結合，創造出一種新的樂器— — 神奇的陶罐。它可以演奏歌曲，甚至當我們在其中放入一些液體時，配合手勢的開合，可以重現鳥類的鳴叫與潺潺的流水聲等，非常有趣。然而，在嘗試吹奏及創作的過程中，我們發現，將兩個頻率相近的陶罐同時吹奏或單獨吹奏單腔體雙哨陶罐樂器，它們所發出的樂音頻率與頻率發聲器所產生的雙耳節拍頻率，透過音樂編輯軟體進行比對，是完全相符的，所以，我們所製作的陶罐除了能陶冶性情外，更具有影響腦電波的神奇效果呢！