物理與天文學

目前已被發現並編號的疏散星團已超過一千個，但據推測實際數量應有十倍乃至 更多，因此本研究利用 2012 年 8 月發表的 UCAC4 天體資料庫，並使用資料庫中星體 的自行運動、位置、各波段的亮度等數據，先對已知的 Hyades、M45、NGC752、NGC1039、 NGC2632 等五個疏散星團進行分析。我們製作各個星團的散佈圖及直條圖等，研究能 有效找出星團成員星的方法，再用我們所選的星團成員星重新計算星團的位置、星團 大小、年齡、距離等參數。 研究最後我們下載部分天區的星體資料，以自行運動搭配光度來篩選，嘗試找出 新的疏散星團，以驗證本研究的可信度。本研究的分析方法可從大多數已知有疏散星 團的天區內找出星團，不過我們發現將 Vmag 比 10 等暗的星點資料刪除後作成的圖表 最為準確，且由於分析方法和資料的精細度還不足夠，我們並未發現新的疏散星團。 本研究亦觀察到 UCAC4 資料庫在 NGC1039 附近的天區資料有異常的現象。

生活中發現線軸會因拉線角度的不同而收放自如，此現象激起了想探究的決心。我們初步發現線軸在不同變因下會有一個特定的臨界角θc而改變其滾動方向，因此本組選擇了拉力大小、線軸重量、線軸內外徑比值及不同接觸面性質(靜摩擦係數)作為實驗的四種變因，並設計了「線軸收放儀器」來進行實驗探討。為了精確測量臨界角，實驗時儀器中的粗調裝置是利用螺帽固定螺旋桿以大範圍調整定滑輪的升降高度，微調則利用指針帶動螺旋桿轉動角度來微調定滑輪的升降，將實驗過程攝影記錄，並再利用Tracker分析物體改變滾動方向時的臨界角。實驗顯示，影響線軸滾動方向的臨界角大小，和線軸之拉力大小、線軸重量及接觸面性質皆無關，只和線軸內外徑的比值有關，即cos⁡θc =r/R。

傳統的「風火輪」是將酒瓶蓋打扁後穿線所製成的童玩，因容易發生危險幾乎已被遺忘。利用學姊設計的實驗裝置-『扳手』、『節拍器』及『人的聽力』，補做『轉動風火輪初始圈數』10圈 ~ 50圈的實驗。重新看實驗影片，找新方法量上萬筆數據。實驗結果得知：所看到的駐波幾乎是繩子捲成『單股』後的波動，偶而會看到繩子鬆開成『雙股』後的波動。因繩子所受張力大小前後不對稱，故在一個週期內，駐波多數時間發生在扳手由最後面往前移時、會出現2次最大值、最大振幅發生在扳手轉到最後面附近，呈週期性變化。繩長40公分、轉動初始圈數只有10圈時，適當條件下也會產生駐波。沒想到看似很簡單的童玩，竟隱藏非常深奧的物理現象!

將水晶寶寶放置於加熱板，會不斷跳動並發出高頻聲音。本研究透過錄音及錄影進行分析，探討其跳動的原理及特性。研究發現：水晶寶寶於加熱板溫度80°C開始出現穩定跳動，並發出高頻聲音。溫度越高，跳動高度越低且聲音頻率越高。並發現水晶寶寶為符合虎克定律之彈性固體，其聲音頻率與√k成正比，符合簡諧運動的型式。進行動力學分析發現，水晶寶寶於加熱板撞擊之恢復係數穩定於1附近震盪，且發現水晶寶寶撞擊加熱板時會噴發氣體。我們嘗試於加熱板上方放置壓電晶片進行撞擊，發現溫度越高，產生電壓越高，可透過碰撞實現能量轉換。最後結合聲音及動力學分析，提出物理模型針對觀測之現象進行解釋，論證此現象屬於高含水彈性固體的Leidenfrost效應。

設計震動台和可調單擺模擬101大樓和調諧質量阻尼器的振動模式；並設計多層容器盛水與單擺比較，探討水深/容器長(Depth Ratio)、振幅、質量對減振效應的影響。實驗使用「振動參數」(週期、衰減係數、時間)量化減振效應。當單擺與震動台週期相近時，減振效應較佳。調整Depth Ratio使水自然擺盪週期(Tn)接近震動台週期(TV)(PR = Tn / TV≒1)，易產生碎波，造成系統能量消散，減振效應顯著。震動台振幅越大，碎波發生可能性越高，減振效應越佳。當PR≒1，水質量變化對減振效應影響不顯著；若PR≠1，水質量越小，減振效應越差。實驗證實多層容器盛水的液體阻尼器可有效減振且效果優於單擺。

當皂膜鉛直立起後，其表面會因反射光形成干涉，利用反射光的干涉圖案可推知皂膜厚度。皂膜經單色光反射產生干涉圖案的數位相片，藉由Image J 自由軟體可分析出不同位置之光強分布，可回推對應之皂膜厚度。結果發現鉛直皂膜的側向結構具有3種類型的分布，造成這3種不同幾何結構分佈的微觀機制是因為皂膜中的微胞分布不同。 本作品將鉛直皂膜施以鉛直方向之外加電場，發現皂膜中的陽離子受到電力帶動周遭的液體運動，形成所謂的電滲透現象，電滲透可用來增厚皂膜。此種利用電場控制皂膜厚度的方法可以設計出奈米流體二極體，是一個嶄新的研究領域。

雙音箱柳琴和單音箱柳琴的不同處在於雙音箱柳琴比單音箱柳琴多加裝了一個共鳴板。我們想要了解單音箱和雙音箱柳琴的結構、發聲原理的不同。首先測量單音箱柳琴的頻率。之後把面板取下，並沿琴緣加高五公分。再次測量加高後柳琴的頻譜，又分別測量有加裝直徑十公分和直徑十八公分的圓形共鳴板的頻譜。本實驗測量三種柳琴，單音箱柳琴、加高音箱的柳琴、雙音箱柳琴。整理過測量到的頻譜圖後，發現雙音箱柳琴比單音箱柳琴更容易產生高頻，在單音箱柳琴、加高音箱的柳琴、雙音箱柳琴這三種類型的柳琴中，只有雙音箱柳琴的高頻最為顯著。另外，十八公分的共鳴版比十公分的共鳴版更能在高頻達到共鳴效果，四條弦中一弦(最細弦)可以產生最高頻率、最大響度。透過此雙音箱柳琴的實驗，希望可以將其原理應用在其他弦樂器上。

Revealing fascinating and educating concepts in a field of astronomy usually requires expensive equipment. Therefore, most schools have very little practical equipment to teach astronomy. I wanted to investigate the Sun’s track using a simple apparatus that can be afforded by many schools instead of using an expensive one.

氯化鈉水溶液滴上染料，外加互相垂直的電場和磁場後，離子受到和電流方向垂直的勞侖茲力而移動，因黏滯力作用而形成漩渦偶極子；由漩渦偶極子的位置隨時間變化，可得到漩渦偶極子的運動動量通量，進而算出鈉離子和氯離子的電遷移率和(μ++μ-)。 用氫氧化鈉水溶液實驗時，因正離子的電遷移率小於負離子，漩渦偶極子一面移動一面偏轉，由移動的位置隨時間的變化可求得鈉離子和氫氧離子的電遷移率和(μ++μ-); 由偏轉量可求得兩種離子的電遷移率差(μ--μ+)。用氯化氫水溶液實驗時，漩渦偶極子偏轉方向和前者相反，由偏轉量可求得兩種離子的電遷移率差(μ+-μ-)。 霍爾效應實驗可求得離子的電遷移率差，用氯化鈉、氫氧化鈉、氯化氫、氮氣奈米氣泡、和氧氣奈米氣泡水溶液作實驗，和漩渦偶極子法對照比較。

本實驗利用自製的實驗裝置及自行推導的公式，推算出材料的吸音率。 材料的吸音率，一般是送至專業的迴響實驗室測量（如：成大迴響實驗室），且單一樣品測試費用昂貴（每件樣品4～6萬元）。 我們 設計的實驗將迴響空間縮小，會遭遇到直傳音場影響大過反射音場的問題，因此利用合成音場公式將兩者分離，再利用均能音量及方向因子Q，以及吸音率、室型常數R之間的關係，建立迴響時間的函數。 複合材料運用範圍廣，但若要得知吸音率，又需花費一筆可觀費用。本實驗模組能快速、方便、經濟地得到各樣品（包含複合材料）的吸音率。同時由音頻分析可得知噪音的頻段，即可選擇最適合的材料進行裝修，達到最佳的吸音效果和最高的經濟效益。