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物理科

榕樹下的小圓圈

我們喜歡到校園中的大榕樹下玩,奇怪!地面上有許多小圓圈的光,這些小圓圈是哪個兒來的呢?我們想:小圓圈一定和陽光、細縫有關係。

低雷諾數圓形及多邊形水躍的研究

打開水龍頭,水鉛直落到正下方的水平板時形成圓形水躍。我們實驗研究\r 20

深入「笛」境~ 自製塑膠管樂器之開發與原理之探討

本次研究利用打氣機及簡易的變壓器製作可調整流速的裝置,透過自製的排水集氣及水位平衡裝置,成功測量出流速大小。利用示波器截取聲波的資訊,再用Excel進行傅立葉分析,可以找出複合音的頻率。我們自製塑膠笛發現,頻率的大小與氣流流速、氣流到尖劈的距離、空腔體積、指孔大小皆有關聯,於是我們製作不同的塑膠笛,找出它們之間交互作用的關係,最後推出頻率之通式,再用此方程式找出音階,設計了伸縮笛、合音笛伸縮版及指孔版等三種樂器。最後利用透明塑膠管和乾冰,觀察空腔共鳴時,內部氣流的流動情形,找出塑膠笛頻率振動的原理,和實驗結果互相呼應。

手提紙袋知多少─ 訂作一個耐用的手提紙袋

目前市面上的店家大多以手提紙袋代替塑膠袋的使用,而手提紙袋的材質、大小、外型有各種不同的樣式。本研究報告針對製作手提袋過程中的各種要素進行討論,找出可能影響手提紙袋使用壽命的因素。並進一步利用生活上垂手可得的的用紙,例如:廣告紙、雜誌、報紙……等等自行製作紙袋,希望能結合環保與創意作出一個超耐用的手提紙袋。

吹毛求疵--絨毛種子的飛行密碼

研究發現真實種子滯空時間和水平位移為纓絨花>芒草>小錦蘭;種子的質量、平均速度、平均加速度以及CD為纓絨花<芒草<小錦蘭。仿生種子最佳的側向力:寬度1.2公分,彎曲度90度,重量0.3公克,重心在下,絨毛長度5公分,絨毛數量720及900根,絨毛分布360度。最佳種子滑空比:絨毛分布360度,種子彎曲60度,絨毛數量720根,種子寬度1.4公分,絨毛長度5公分,種子重量0.5公克,重心在側邊。而在側向力與飛行模式實驗中,種子本身變因與其相關性較小,與絨毛相關性較大,顯示絨毛種子的絨毛對於種子的飛行模式具有高度的影響力。

隔牆有耳-探討聲音的繞射現象

我們營造出聲音繞射的環境後,利用「gold wave 聲音編輯軟體」放音、錄音及頻譜分析的功能,測得聲音經狹縫繞射後的不同偵測位置的聲音響度,再將聲音響度轉換成聲音強度之後,使得聲音具體化,再進一步探討聲音頻率、狹縫寬、狹縫形狀、測點與狹縫距離等因素與聲音繞射的關係。從實驗中,我們得到聲音和光都具有類似的繞射情形,即光的繞射理論可運用在聲音上,並證明出聲音的繞射隨上段所述各項變因改變而改變。

蒙地卡羅法模擬光跡與病變診斷驗證

此報告是利用蒙地卡羅法模擬光子在組織內的行徑軌跡,並且依照生物組織成分的光學特性,了解頻譜變化。以皮膚組織為例,可分為表皮與基質,依照其成分巨觀量測到的光學參數(如:折射率、吸收、散射及非均向係數),調整光子微觀的位置、方向和能量,藉此累加統計光子的反射、吸收及穿透狀況,解釋組織光學所觀察到光子走越深穿越遠的現象,與對應生理的巨觀的反射光譜變化。模擬數據中可看出波長越長對於病變組織反射率的變化越為敏感,可對應其提供的結果;並且我們延伸探討在紅外光的結果,此範圍的光微生物窗,其穿透深度較深,可以增加應用範圍。

張力融合

表面張力的研究已經有相當的歷史,並且對單一物質表面張力的產生機制也有完整的解釋與模型,但是關於兩種不同的液體混合時表面張力的小變化是何種函數關係,一般書上卻不見討論。我們試著將高二物理教材中的表面張力擴展到這個主題上,研究水與酒精不同混合比例所導致表面張力大小變化的關係,並且試著藉由將單一物質表面張力的理論模型解釋方式予以修改,看看是否能適用在兩物質混合的現象中。在本實驗中我們發現,表面張力的變化與混合的比例並非線性關係。而我們所提出的修正模型也能和實驗結果吻合。

扭扭車的前進(後退)原理研究

有一天,看見老師的兩歲大兒子在玩扭扭車,扭扭車結構簡單無須電力、馬達,即可前進、後退、原地轉彎,是很普通的玩具。後來發現兩歲大的幼兒用小小的力量,可以搭載65 ㎏的老師,不斷扭來扭去做「之」字型的前進,真是太神奇了!使我們想了解:扭扭車的前進(後退)原理(Fig.01)。

昆蟲振翅最大垂直升力及相關參數研究

本研究以一微力感測器來量測不同昆蟲振翅時所產生之最大垂直升力值。由於此升力與昆蟲之體重、翅膀展長與面積以及昆蟲之振翅頻率有關,本研究亦運用了因次分析的技巧並藉由昆蟲實驗所得到的數據,推導出統合昆蟲振翅升力與各個相關參數的一個尺度律。此關係式對於了解昆蟲飛行能力與設計微飛行器之飛行性能上具有重大的參考價值。