物理科

「菜宅」是澎湖人因應冬季強勁且挾帶海水飛沫的東北季風，建來防風種植的設施，而菜宅有不同樣式與尺寸，哪個擋風效果更好？風吹到菜宅又會怎麼變化？ 透過製作風向計、風向觀測架、風洞、菜宅模型與研究台，我們測量看不見的空氣。利用塑膠瓦楞板和水管製作壓縮比1.4倍、開口40cmx40cm的風洞，能讓工業電扇吹出風速3.9m/s~4.2m/s的相對穩定風源 。 牆面改變氣流，在不同支流交互作用下能在牆後產生逆向風和風無區，較高、較寬的牆面效果愈明顯，另外，具延伸牆的ㄇ字型和長方形菜宅，能阻擋側風吹入，也能阻擋側面支流進入菜宅，而改變迎風牆後的無風區和逆風區範圍。 據本實驗，在逆風區最遠處搭建第二道牆面（長方形菜宅）能產生最大無風範圍，增加種植面積。

本報告旨在探討不同形狀的物體在振動液面上的運動現象，通過改變物體形狀、漂與浮的狀態，及實驗時的振動條件，觀察物體的行為，並以液體表面張力、漂體與液面夾角的變化、振動模式與流場狀態解釋。研究發現：疏水性漂體因表面張力漂在振動液面上時，其重力會造成液面凹陷，由於漂體形狀對稱性質與質量分布差異，造成各端點與液面夾角不同，液面為漂體提供不同方向與大小的作用力，並產生不同的流場，使其移動與轉動，其(角)速度受液體種類、振幅、頻率、漂體質量影響。此外，在振動液面上移動的漂體與其他漂、浮體間會因為液面狀態互相影響產生交互作用力，進而出現吸引、排斥、繞圈的現象。

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。

能源一直是台灣大問題，團隊希望讓生活中被浪費的能量轉換成可用的資源。 從各種壓電效應發電的方法開始進行研究，查詢文獻，我們突破困難，設計了穩定的發電壓電效應測試器，發現壓電片越多數據越大，發電效應也越好，敲擊下的壓電片很容易受損，找到最適合的保護膜，因為實驗才發現壓電片是交流電，必須透過橋式整流器轉變成直流電，並儲存到電容內，才可以較容易地應用在生活中，為了善用實驗成果，我們也測試不同組合方式，最終讓壓電片發電效應倍數增加，更發現正反排放的效應尤其驚人，團隊將會朝向老人生活或實際應用，做出可運動也可發光的裝置。 研究團隊研究壓電片發電，製作出低成本、有效應且最能儲存電量發電組，作品仍在繼續研發中……

本研究主要探討水瓶自高處落下時，瓶內流體如何影響水瓶彈跳，我們自製跳台和彈跳瓶進行實驗，並改進測量精度，找到水瓶落地造成水彈起、瓶靜止的變因條件。研究結果如下：一、瓶內流體的流動，依過程共分為整體、分離、轉換、恢復等四個時期。二、流體進入轉換期，會將水瓶位能轉換成流體動能，主要跟碰撞時的液面曲度、水量、和液體黏度有關。三、旋轉水瓶會改變水面曲度，讓水在碰撞時產生更強的水柱。四、100g水瓶轉速大於臨界值300RPM時，彈跳次數只剩1次，水瓶落地接近完全非彈性碰撞。五、加入和空瓶等重的水時，質心高度最低，影響彈跳效果越明顯。六、液體黏度會影響瓶子彈跳，黏度較高，甘油瓶彈跳次數可達到5次，黏度較低只有2次。

當以磁鐵做為擺錘的物理擺，並讓它在金屬面附近作週期振盪，經由實驗量測與理論擬合分析發現，本裝置會因電磁感應而在金屬面上產生渦電流，並對擺產生阻尼作用，其渦電流阻尼力是空氣阻尼力的18.4倍，進而使物理擺較快停止。進一步研究，發現渦電流阻尼作用力大小亦與金屬片材質、厚度、擺與金屬距離、磁鐵強度等因子相關，再者，因金屬的集膚效應，渦電流大小在金屬內的分布會隨著深度而呈現指數衰減；且此大小會受到金屬層間隙或是金屬面的不完整而進一步劣化。最後針對「減震」研究，經由磁鐵物理擺產生的總阻尼力以消除物體的振動能量增益達112%，較同質量的物理擺增益亦達25%，可實現較輕質量塊的物理擺式阻尼器在建築物防震領域上的有效應用。

本研究是探究以大豆沙拉油為基底相的開放系統中，酒精驅動書法墨滴鋪展的物理現象。透過鋪展面積倍率分析，發現以墨滴當鋪展相比其他顏料更適合，乙醇驅動墨滴鋪展的效果優於甲醇、丙醇及丁醇。基底相的高度會影響墨滴的鋪展倍率及鋪展現象的可重複性。0.054公克的墨滴在油高0.54cm，鋪展倍率最大，聚合效果最好。若油高超過墨滴的理論直徑時，控制墨滴重量在0.031公克，可使2公分高度落下的墨滴以花瓶狀懸掛在油面。驅動液酒精濃度越高，面積鋪展的倍率越明顯；可用酒精調整墨滴表面張力，使墨滴以碗狀懸掛油面，再以酒精驅動鋪展，若酒精墨水表面張力低於31.1mN/m以下，可產生自發性的鋪展現象。上述液體系統可設計成用來認識物理現象科學玩具。

本研究在風洞中觀察到卡門渦街造成振動阻體共振的現象，了解到振動阻體口徑、風速大小影響卡門渦街頻率，而振動阻體的自然頻率與渦街頻率在特定條件下發生共振，也觀察到前後擺放兩個振動阻體，振動阻體因卡門渦街，有交錯擺動的現象。我們利用可產生最大振幅，口徑16cm的彈簧阻體來製作發電裝置，在風速3m/s、彈簧長16.5cm下，可得到最佳功率為530±11mW。將前後擺放兩個振動阻體串聯，在風速3m/s、彈簧長19.7cm下，可得到最佳功率為12.5±0.5mW。未來期望多加以改進並實際運用到生活中。

影響降落傘使用安全性的變因有哪些？降落傘速度多快時，會開始平穩緩慢降落？因為好奇這些問題，我們先自製簡易降落傘，再作實驗探討，可能影響它的安全性的變因有哪些。 參考過去相關研究作品後，發現影響降落傘平安降落與否的「終端速度」，無人嘗試探討過，我們用micro:bit(V2版本)，測量降落傘降落過程的加速度與時間數值後，用物理學計算方法，算出不同方式製作的降落傘，降落過程中達到的終端速度有多快。最後發現當降落傘符合傘面半徑大、總重量輕、傘繩長度 讓傘面展開最適當的面積、傘繩數量少、傘面材質輕且沒有破損等這些條件時，終端速度會越慢，安全性也越高。希望此次研究能讓降落傘的製作更完善，也許可搶救更多高空意外現場的性命呢！

流沙箋為調製顏料灑在水或黏稠性介質表面，經由各種工具及技法製作各種紋樣，再將紙覆於其上轉印而成。製作流沙箋以水作為載體所得的紋樣自由流動，不易固定，近代發展常以海藻酸鈉為載體。 毛細管檢測表面張力海藻酸鈉及羧甲基纖維素皆為11.1mm，甲基纖維素11.6mm 這三種膠體表面張力較為相似，載體除可用純水配置0.45%海藻酸鈉外，也可嘗試其他。水膠液液滴直徑觀察中海藻酸鈉液滴直徑最小4.03mm(倒數為0.25)，水則為4.67mm(倒數0.21)，海藻酸鈉倒數最大表面張力最小，有較穩定的顏料擴展；顏料液滴直徑以黃色表面張力最小，紅色及藍色則沒有差異。 流沙箋製作過程中影響因子太多，溫度較低的環境或溶液較能保持製圖時的液體表面擴展，未來也可再探討不同顏料與載體互動差異。