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物理科

搭橋GO!GO!GO!

在上學期時,我們上到了簡易的槓桿單元,老師提及槓桿原理其實在日常生活中是隨處可見,而其中橋樑的搭建也是槓桿原理應用。但實際橋樑非常的巨大,要如何證明橋樑的搭建和槓桿原理相關呢?因此我們集合大家思考並從網路上查到了相關資料,所以我們決定用木材來製作簡易橋樑。並利用木條不同長、寬、厚及不同材質的界面介質來進行這些實驗,藉以找出利用5塊木板所能搭出的最長長度,藉由所得數據統整思考是否有規律性存在,並藉由木橋力矩的探討,算出我們堆疊的力矩,並探求橋樑堆疊長度和橋的力矩是否有關連性。

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。

好聽的鐵板燒─低溫液體撞擊高溫金屬板之聲音研究探討

我們將水滴滴向高溫金屬鋁板發現其有高頻的聲音產生。推測聲音產生的機制應由底部水分子在短暫時間內迅速沸騰氣爆所致;同時也發現其聲音波形應是由多個接觸點產生的聲音疊合而成。透過實驗結果可知:滴落高度差、水滴與鋁板溫度差、酒精重量百分濃度皆與聲音頻率呈現正向關係,而液滴質量與聲音頻率呈現負向關係,此外鋁板大小及厚度不影響聲音頻率。

水柱會打結

在池塘邊的水中,時常掀起一陣陣的漣漪;而我們在洗碗時,水柱撞擊碗盤上,水柱上竟也起了層層的波紋,它們一樣的嗎?我們利用 V8 結合影像擷取卡,代替相機取得數據,以 Excel 製圖協助數據分析,探討水柱節產生的條件、形狀及對其影響之變因。當光滑的水柱以慢的速度撞擊任何接觸面時,水柱就會產生節,節愈接近下方者,愈接近球形或橢球形,上方者並不是上下對稱的。節產生的起源可能是駐波嗎?假如是駐波,除了節點外所有的介質都會振動,在水柱形成的節上面根本看不出振動的現象。應是來自於水柱下方與物體碰撞而引起的,沒有碰撞,水柱上就沒有節。碰撞會引起水流動速率減緩,同量的水一樣要流下,只得往外擴散,使水柱變粗,而水速減緩,水往下的流速減緩,水柱側方的壓力會增加(白努力定律),增加到水柱形成突出的表面,表面的表面張力與增加的水壓恰達成平衡,而引起此週而復始的現象。本實驗涉及高二物理的流體力學(表面張力、白努力定律)、功與能,在少數書籍也有說明節產生的原因,但全認定為駐波,此說法實有爭議!

烘衣何時了,紅外線知曉

本實驗利用光線在乾、濕紙張之間的透光率不同,以「紅外線來客報知器」改裝成一個偵測紙張是否已經乾了的裝置。同學期望把這個裝置放在烘衣機裡,當濕的試片被烘衣機裡的熱氣烘乾時能發出聲響,告訴我們衣服乾了,這樣可避免衣服早就乾了而我們不知道,白白浪費能源,或一直要去檢查衣物乾了沒。

「浮」不起的阿「黽」-探討表面張力對漂浮水黽浮沉現象之研究

當自製漆包線水黽的垂直軸高度越短、垂直軸位置越靠近中心、角度越大,浮率越大;自製水黽腳越長、隻數越多,浮率越大;當自製水黽的腳平貼水面所圍出的面積越大、腳垂直上折的長度越短,浮率越大;水溶液溫度越低,浮率越大。水溶液濃度及水位高度都不影響水黽的漂浮情形;在不同水溶液當中,自製水黽在自來水、糖水及鹽水中易漂浮,在酸性的醋、鹼性的肥皂水及小蘇打水則不易漂浮。在形狀相同粗細不同的鋁框中,越粗的鋁框越不易漂浮。當粗細相同的鋁框等比例放大時,邊長5公分以內的正方形框浮率均接近1(大於0.98),但邊長大於6公分時,浮率會突降;由相同長度摺出不同形狀(開放及封閉)的漆包線及鋁線,浮率都接近1(大於0.92)。

水的蒸發觀察研究

我家廚子裏的菜廚子腳下放置四個瓷碗,並加水,以免螞蟻爬上沾到食物,影響衛生。過些日子,媽媽發現說: 「小利呀!瓷碗上的水又被你養的狗喝光了,真討厭。」小利回答說:這水是自然現象,不是被狗暍的。」媽不相信,我也感到很委曲,只好到學校請教老師。於是我們 做了一整年的實驗觀察、分析。

跳躍的蛋蛋--液體置入彈力球對彈跳關係之探討

我們藉由高速射影機觀察水在彈力球內受撞擊的運動情況,探討不同的情況下對彈跳高度比的影響。在不同落下高度方面,我們發現彈跳高度比不受初始落下高度影響。而在不同體積填充比方面,我們發現第二次彈跳高度比,與體積填充比成二次函數的關係,且極值發生在體積填充比為50%時。我們進一步從能量的觀點探討實驗結果,發現第一次彈跳後的能量損失正比於總質量承上初始落下高度,第二次彈跳所產生的能量損失,視為液體量與剩餘空間的競爭。比較往後的彈跳與液體體積填充比的關係,並再次從能量觀點探討之。我們發現,可以就由研究二、三的遞迴關係式推導出往後彈跳能量損失的關係。我們再次從能量觀點,解釋水運動情形如何與研究所得的關係式呼應。

對抗瞬間拉力

有一次,我到青年公園放風箏,風箏越飛越高。忽然一陣疾風吹來,「 啪」的一聲,風箏的線斷了,風箏也失去了蹤影。回家後我不斷思索這個問題,我想:風箏的線會斷,是因為風把風箏猛然吹上雲霄,所產生的一種力,把風箏線拉斷的,這種力是什麼力呢?爸爸告訴我,這種力稱作「瞬間拉力」。「瞬間拉力」?好陌生的名詞呀!它常發生在日常生活上嗎?如何對抗瞬間拉力呢?可以將它應用在日常生活上嗎?好奇的我想了解更多、更多……。

翼手龍的飛舞

翼手龍是會飛行的巨大恐龍,擁有相當長的手指用來支撐身體皮翼,形成寬大的翅膀,產生飛行所需的浮升力。如同翼手龍需要擁有手指支撐的寬大翅膀,一架好的滑翔機必須具備浮升力大的翼面、適當的重心位置、堅固的機身和適當的側翼;但是這些因素都會互相影響,必須找到一個適合滑行的範圍。由滑翔機的「機身前緣折法」所改變的「機身長度」和「側翼高度」會影響滑翔機的「滑行姿態」和「滑行平穩度」,進而決定其滑行能力。我們利用風洞裝置製造平行流動的空氣,研究滑翔機體的浮力和浮升狀態,以利於驗證並預測滑翔機的實際滑行狀態。另外,我們將「機身長度」和「側翼高度」對自製滑翔機的滑行結果,設計整理成雙項細目表,方便依循此規則,折出具備滑行能力佳的「翼手龍」。