物理科

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。

科展以非牛頓流體為主題，想要瞭解不同澱粉漿加PVA膠水混合，以硼砂或碳酸鈉進行交聯作用形成聚合物，在靜止或運動中受碰撞或衝擊時，在力學測試的變化與效應，進行實驗設計。 實驗設計與結果說明： 1.玉米粉、地瓜粉及糯米粉混合PVA膠水，以硼砂或碳酸鈉進行交聯作用，彈珠在不同高度落下可緩衝58.6%~70.0%位能；彈珠自40㎝軌道滑落，可緩衝88.0%~95.3%動能；彈珠自240㎝高度落下，以撞痕深度計算可緩衝70.0%~85.0%位能。 2.非牛頓流體為彈性物質，無法取代剛性物質作為結構垂直柱體，以(糯米粉漿+PVA膠水)+硼砂或碳酸鈉製成緩衝器，可考慮取代剛性物體作為鋼斜撐物質。 實驗結果說明，澱粉漿+PVA膠水+碳酸鈉有較佳的垂直與水平緩衝效果，並可考慮作為結構鋼斜撐的緩衝器及防撞器。

本研究探討砂子在不同條件下分別可承受的最大重量。經過簡單試驗後，就材料取得的合法性、便利性、穩定性等考量，我們選擇用市售不同粗細的石英砂（細砂9V、中砂5V及粗砂2V）作為實驗的材料。在實驗中，我們用不同粗細的石英砂，加入不同水量，均勻混合並分別定型後，經由自製裝置固定後在砂子上逐漸增加所施加的重量，探討砂子至崩塌前所能承受的最大重量。藉由實驗我們觀察不同粒徑的砂子在加入不同水量下可承受最大重量的變化，分析這些因素對於砂柱可承受最大重量的影響。此外，我們利用熱風乾燥法，證實砂柱在水分含量降低下，會破壞結構穩定性，導致砂柱的承重力降低。最後用自製設備利用重量法來探討液體表面張力對於砂粒的結構之影響。

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。

傳統水波干涉現象一般使用光學方法進行觀測，本實驗透過自製研發水波的電阻測量儀進行水波波速測量、水波干涉的波群現象及水波峰值衰減模式探討。水波週期差約10ms以下時，水波干涉使水位電阻產生波群現象，波群週期約為3.5秒。GGB模擬結果，波長差會影響波群的形成。振幅變化不會直接影響波群出現，波長差越大或太小，波群越不明顯。糖水濃度低於28％，不同波長的糖水波群週期、峰值衰減不隨糖水濃度改變，推測液體衰減性質與液體本身(水)的性質有關。透過水道內2組水位電阻測量儀，追蹤水波波峰或波谷經過探針時間，能準確有效的測量水波波速，結果顯示水位越深波速越快，與理論公式趨勢吻合。

連續雨天引發穿拖鞋上學是否安全的討論，我們發現課本裡對水與摩擦力的關係探討有限，因此透過實驗研究四種水量（0mL、5mL、30mL、67mL）下，不同類型鞋子（運動涼鞋、拖鞋、慢跑鞋、登山鞋）、地面材質（磨石子、標線、通學步道、柏油路）、重量（38g、500g、1000g）和鞋紋（樣式、數量、外框）與摩擦力的關係。結果顯示，在磨石子地上，拖鞋遇水就滑，應避免穿著；運動涼鞋、慢跑鞋、登山鞋相對防滑；柏油路防滑效果最佳，標線遇水就滑；重量可以增加摩擦力；沒有特定的鞋紋樣式能在四種不同水量下都有高摩擦力；鞋紋數量多和無框設計有助防滑。影響摩擦力的因素很多，未來還可以進一步研究鞋底材質與步行方式等的影響。

我們利用培林、塑膠棒、電磁鐵、Arduino光敏感應器，製作了一個單擺拋出鐵球的實驗裝置，進行垂直圓周運動的拋物實驗，我們發現單擺將物體拋出後，物體只受到垂直方向地球引力的影響，水平方向則不受外力的影響。擺長越長拋出鐵球的飛行距離越遠，而擺錘重量與鐵球重量，則不會影響。改成兩節式擺長，可以增加鐵球的飛行距離，當下節擺長越短時，鐵球也會飛得越遠，而鐵球最遠的飛行距離則是在擺角25°時拋出。

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。

「沙球」是盛行於沙灘上的遊戲，某些地區也創造出不同的遊戲方法－例如：比賽沙球滾動距離、沙球對撞比賽......等，但所有沙灘都能玩這些遊戲嗎？又要怎麼做才會玩得好呢？ 根據我們的實驗結果，利用篩網篩出較細的沙粒(粒徑<0.08mm)，並將沙水比控制在200：35~200：45之間，能做出較堅固的沙球，含水量少(200：35)沙球較硬、滾動較快，含水量多(200：45)沙球偏軟、滾動較慢，同時也較耐撞擊，此外球體較大的沙球也較耐撞 。