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物理科

膜上功夫─談肥皂膜

有一天,我去參觀自然科學博物館,看到一個實驗,把正立方體和正三角錐的鐵絲框浸入肥皂水中再提起來。本來我認為肥皂水會在鐵絲框上形成肥皂膜,結果竟出乎我意料之外,膜向框的中心凹進去了,形成一個三角形、梯形、正方形的小面積,而且每次浸泡的結果膜形、膜數都相同。這引起我很大的興趣,我決定做各種形狀的鐵絲框,和同學一起研究,探討肥皂膜的秘密。

「蛇」我其誰

本研究主要探討為何『蛇板』能夠行進的原因,我們仔細觀察蛇板的構造,發現蛇板主結構為腳踏板、扭力桿、輪子傾斜板與輪子。研究中我們自行設計「等比例縮小小蛇板」來當作我們實驗的對照組,並研發設計出小蛇板來進行實驗。設計「小蛇板行進實驗儀」來測量小蛇板的行進距離;設計「小蛇板扭力桿行進實驗儀」來測量扭力桿對小蛇板行進的影響。實驗結果我們發現到蛇板動力來源主要是我們雙腳的擺動,藉由擺動會使腳踏板產生偏轉,而因為這個偏轉使得輪子產生旋轉,而輪子的旋轉導致蛇板升高(兩旁較高,中間低),腳踏板升高後會產生位能,當蛇板降低時會將位能轉變成蛇板移動與前進的動能。而輪子傾斜板角度、扭力桿長度、扭力桿數量、扭力桿粗細、擺動力量、輪子大小、接觸面的摩擦力與人體重量都會影響輪子偏轉,進而影響蛇板行進距離。

相對運動的軌跡

我們社會安定,經濟繁榮,生活水準提高,國民利用各種不同的交通工具,如飛機、火車、汽車等以時速 900km、120km 或 90km ,的高速旅遊的機合增多了”囚在高速行駛的工具內,有關運動的現象,與物理第二冊“相對位置、相對運動"單元有關,引起我們的研究。

利用雷射光的偏折研究溶液的折射率梯度

一、 兩種不同折射率的液體分上下層( n1 , n2 )置於同一容器中,由於分子擴散作用,混合液的折射率會隨著高度改變,稱為折射率梯度。二、 通過和鉛垂線成 45°的玻棒的雷射光照射盛有折射率梯度的方形盒,在屏上會出現常態曲線分佈圖,測量其涵蓋面積,可算出n2-n1。三、 半圓筒盛有折射率梯度的液體,雷射光前方加光柵,雷射光源置於升降台上,逐漸升高升降台,在屏上:(一)光點距離隨高度改變,可直接量出折射率如何隨高度變化。(二)雷射光向下偏Z,我們推導出折射率梯度dn/dy和Z成正比,且作 dn/dy - y圖,亦成常態分佈,量其面積亦可求出 n2-n1 。(三)dn/dy隨時間改變,可進一步測量擴散係數。

敲出 Do Re Mi -木琴奧秘知多少

木琴主要的構造有三部分:琴鍵、支撐架、共鳴管。我們的研究在於探討木琴頻率與琴鍵長度的關係,以裁切出正確音頻的琴鍵;探討琴鍵支撐點對木琴響度的影響,以找出最佳的琴鍵支撐位置;探討影響共鳴管長度的因素,定出適合各種頻率的共鳴管長度。綜合這些研究結果製造出一架音高準確、響度足夠的木琴。

『肚』裡乾坤,不同凡『響』

有一次,我們看到社會老師在彈吉他,一看到吉他有著葫蘆狀的大肚子,我們就想說,為什麼吉他是葫蘆狀呢?難道不能有其他的形狀嗎?因此,我們就想要來研究肚裡有什麼奧秘。透過不同的形狀、體積、厚度、材質、開洞的大小及位置、蜂鳴器力道、骨棒排列方式等實驗中,瞭解這些因素對音箱會有不同的影響力。親手作音箱,了解原來樂器的肚子裡蘊藏許多不為人知的秘密

紙捲壓縮形成摺痕之探討

我們已知如果將一張紙捲成捲筒狀將能承受來自紙捲兩端極大的力,有趣的是當兩端的力超過紙捲所能承受的最大限度後,它會沿著紙捲方向壓縮並在其上形成規律的菱形摺痕,使紙捲形成一種在縱向有彈性、橫向不易變形的結構,於是我們利用重物從高處落下撞擊紙捲來進行測試,發現所產生的菱形摺痕與紙捲的周長、厚度等等的相關性。

可溶性固體體積的測定及其研究

因不夠甜而加糖,也常看見糖在水中溶化了,而水溶液的體積並沒有顯著增加;可見用排水法去測量可溶性固體的體積,是不可靠的。三、一天,我們得到一個玩具注射筒,發現若用一手指堵塞住筒孔,另一手把活塞往後拉,筒內原來空氣的體積就變大了,這時把拉活塞的手一鬆,活塞又滑回原來的位置”這是因為筒裹的壓力小,使空氣的體積變大的綠故。但固體的體積是不會因壓力小了而變大的;倘若筒內放一固體,拉動活塞,使筒裏空氣體積變大,不就可以換算出固體的體積嗎?

甜蜜方程式-探討網球拍甜區尋找方法及握拍方式

我們採用不同架設並結合力度計記錄握把及手腕處的受力變化,找出網球拍甜區內的重要三點:節點(NODE)、碰撞中心(COP)及強力中心(COR),協助初學者快速找到甜區並了解適當落點對手腕的重要。首先,由回復係數得知強力中心位於拍面的喉區中央;再來,以懸吊(鬆握)及連結手臂(緊握)兩種方式,分別搭配慢動作錄影及力度計找到三種握位下對應的碰撞中心位置,並模擬單擺運動,得到碰撞中心距離與週期平方的線性關係式,作為鬆握與緊握的甜區範圍參考。在節點實驗中,由能量守恆找出節點位置,與手測結果相符。最後,發現三點中又以碰撞中心最能降低手腕受力。因此,建議初學者採鬆握短拍方式,不僅甜區上移、放大,擊球強度獲得提升,也有效增加手腕舒適度。

探討手擲飛機的失速原因

\r 我們想起前些年華航空難,根據華航局華航空難飛機失事前的飛航資料紀錄器資料,證實飛機在跑道頭6浬外進場時高度即偏高約1000呎以上,而後持續偏高,至跑道頭約半浬處即決定重飛,飛機外型為起落架收上,襟翼收至20度,完成重飛手續,其後數秒,座艙聽見超速警告,十餘秒後,飛機仰角逐漸上揚至失速(Stall),旋即墜毀。 \r \r 當我們從設計、切割、磨木、組裝、黏合……一直到試飛,在這途中經歷了許多心血,可是你正當看著你辛苦做出的手擲機乘風而翔時,你心中頓時有股成就感渾然而出;就在這時你的手擲機機頭突然抬頭上仰失速墜落,你一定會很灰心吧!我們可發現華航空難似乎和我們的手擲機以相同的命運﹕機頭急速仰起就墜機了。可是失速的原因是什麼呢?飛機仰角在幾度以後會失速呢? \r