物理與天文學

本研究結合手機發展出一個檢測類風濕性關節炎的新方法。此研究使用奈米結構式的表面電漿共振晶片，藉由血清中的抗體接合後光譜紅移現象分析結果，將其用於檢測類風濕性關節炎。我們先用可與類風濕性關節炎的抗體結合的peptide修飾晶片，測量不同濃度下光譜紅移量的差異，找出紅移最明顯的檢體濃度，以此濃度配置我們之後實驗的檢體。接下來分別使用matlab分析歸納出發病與未發病之間光譜波長紅移量的差別，和架設手機拍照後用imageJ分析紅光強度兩種分析方法測量不同檢體，判斷其是否發病。從實驗結果發現，稀釋至原本濃度10倍的檢體紅移量最明顯，且使用imageJ分析紅光強度的數據比使用顯微鏡測量光譜波長的數據準確且穩定，前者可以明顯檢測出是否發病。我們希望將這種方法推廣到第三世界國家和農村地區，為他們提供一種更省時，更具成本效益的方法來測試類風濕關節炎。

核塌縮超新星(Core-Collapse Supernova，CCSN)，又名II型超新星(type II supernova)，是宇宙中最重大的爆炸現象之一，在天文物理學上有許多探索與應用。核塌縮超新星被認為源自於大質量恆星的死亡，但是目前尚不清楚大規模恆星演化及有關核塌縮超新星的物理學，為獲取有關核塌縮超新星的知識與應用，我們使用一維程式碼Modules for Experiments in Stellar Astrophysics (MESA)執行大質量的恆星演化模型。對於此次研究中我們模擬大質量恆星從零齡主星序(zero age main sequence，ZAMS)演化為核塌縮超新星，並透過考慮不同質量祖星(progenitor)上的各種爆炸能量、金屬量(metallicity)、角動量(angular momentum)展示其演化狀態，討論這些恆星演化的物理參數如何影響超新星爆炸及呈現的光變曲線。我們的模擬結果與觀測數據相當符合，可解釋其祖星的起源及物理意義。

本實驗主要在研究各項因子對氫氣火箭的影響，我們查了許多影片和資料，發現許多氫氣火箭實驗都沒有記錄各項因子的數據及比較，在歷屆科展的火箭實驗中，將氫氣作為燃料的作品也寥寥無幾，所以決定嘗試這個題目作為本實驗的研究主題。 我們的研究使用電解製造氫氣與氧氣，進行燃料、造型實驗，並用電腦計算出飛行高度，希望能找出最佳飛行高度因子。我們發現各種因子的飛升高度與質量、質心、燃料與造型有很大的關聯。 希望能藉由這些實驗讓人們更認識氫氣火箭，也能藉由氫氣火箭的飛行實驗讓大家更認識、更熟悉火箭之中的科學原理，讓大家對科學更有興趣。

磁暴是地球磁場的劇烈擾動現象。由於強烈磁暴可能對人造衛星、地面電力系統的穩定性帶來損害，因此了解磁暴事件的機制十分重要。本研究利用 OMNI 資料庫中的地磁指數與行星際磁場南北向分量、太陽風動壓、太陽風風速、質子密度等物理量觀測資料，分析太陽週期 22 至 24 期間的單低谷型磁暴事件，此類型事件佔總分析期間磁暴事件的近五成。首先磁暴事件數量比例大致隨強度增強而遞減；不過安靜期也有較強烈的事件發生。接著分析各物理量與事件強度的相關性，其中行星際磁場南向分量、太陽風動壓相關係數分別達 0.80 和 0.64，推論可做為磁暴先兆的依據。因此分別建立太陽週期 22、23 及太陽週期 24 之行星際磁場南向分量、太陽風動壓對事件強度的經驗關係式，並據此計算行星際磁場南向分量對應的事件強度門檻值。目前逐步比對太陽週期 25 的磁暴事件，推論以太陽週期 24 的經驗式得出的門檻值，可能較適用目前太陽週期 25發生的磁暴事件。

本研究對磁攪拌子的懸浮做出一連串的實驗探究與數值模擬法的建模。透過觀察實驗，分析磁攪拌子與驅動磁鐵的互動，提出磁攪拌子跳起與穩定懸浮的原因。建立運動方程式，並使用數值模擬法預測各種變因的影響，也編寫程式語言使模擬的結果以動畫呈現。依照理論的預測，設計實驗驗證數值模擬法的適用性；探討懸浮的動能，發現耦合性質。 在應用方面，懸浮運動是攪拌與懸浮的結合，應可為黏度差異大之化學反應提供穩定反應的攪拌系統。本研究為增進「懸浮式攪拌」的實用性，以數值模擬法測試多極驅動系統的可行性，並成功達成；探討長度對攪拌效率的影響，提供在弱驅動系統中達成懸浮的辦法。為了在應用層面上有更好的發展，透過理論模型提出控制懸浮高度的方法，而實驗結果指出此方法的可行性。為尚不明確有何應用的「磁攪拌子懸浮運動」提供明確的發展方向。

將鋼球放入一個鉛直站立的圓環凹槽內，當圓環由靜止開始轉動的過程中，鋼球沿著圓環向上運動，經過我們設計並改良的實驗架設，製作出穩定的實驗裝置進行量測，探討各種變因對鋼球運動的影響，並彙整出鋼球運動的幾個階段，進行理論建模與實驗數據的比較分析；我們參考幾篇論文嘗試在理論建模的方程式逐步加入模擬修正，從最單純的質點運動方程式逐步考慮旋轉、搖晃、阻力、鋼球體積等等，比較理論模擬結果與實驗數據的差異，也驗證了一些論文中缺乏實驗驗證的理論計算之正確性。

台灣火災地點以建築物占最大比例，在火災現場時常為了逃生及救火而打破門窗，造成建築物內部濃煙流動面積擴大，而釀成更大的災害，故本作品目的為研究「方形結構四周開口大小與數量對火焰與煙霧燃燒狀況的影響」，本研究從熱力學、流體力學、結構學三個角度探究此議題，並以煙囪效應與煙層逆流效應為理論基礎，使用壓克力搭建方形盒子來模擬建築物，並以四面壓克力上的開口大小及數量進行實驗，使用火焰及煙霧作為實驗介質，火焰方面以高度與溫度作為應變變因，煙霧方面則以MQ-2煙霧氣體感測器於結構內部進行濃度測量，同時也使用CFS-MODEL的FDS進行結構內部模擬，綜合實體實驗及各結果可發現，與一般想像不同，並不是開啟門窗就能撲滅火勢，甚至可能因為湧進過多氧氣而導致火勢更加嚴重，開口面積與火焰強度關係成二次函數曲線，本研究可供建築物搭建時的火災防範參考以及防災的宣導，並有進階研究的可能性。

此研究期望找到穩定磁浮的方法及探討產生磁浮振盪的變因。首先利用吸附上鐵材的磁浮體，觀察其造成的磁浮減震。實驗過程藉由變動磁場，發現週期性變動的磁通量對鐵磁體的磁化及渦電流產生影響，進而改變磁振盪振幅及阻尼係數。研究結果得知磁場的交變頻率越大，會導致磁浮體所受斥力增加且鐵磁體形成的減振效果減緩。另外，複合磁體中受硬磁磁化的鐵磁體在頻率到達一定區間時才能觀察到渦電流的影響，而此區間受複合磁體排列、磁化強度等變因控制。

本研究利用平行電板建立電場，觀察在外加電場下環形泡膜的各種形變運動。電場越大時，形變越大；分別使用不同大小的環形框架觀察，發現形變量與框架半徑的比值會隨著框架半徑增加而減小，推論與表面電荷密度的分布變化有關連。將泡膜從薄到厚分成五個區域，針對不同厚度的泡膜與運動型態做分析，發現運動狀態可以大致分成，穩定震動、提升點，以及急遽增加後碰到電板破裂三個階段。針對電場26,666 V/m-33,333 V/m時的震動現象做深入分析，利用簡諧運動的模型來詮釋泡膜運動，藉以預測不同表面張力液體對應的彈性係數。未來期望利用不同電解質去改變泡膜組成，探討不同電解質在電場下的運動行為。

將黏滯流體放入空心帶軸圓盤中(稱作黏流滾擺)，以繩繞軸芯捲至25.17 cm高度落下，實驗發現填充量為22.500 %~87.500 %時，相對其他填充量以非常緩慢的速度落下且不會彈跳，而圓盤角速度具有週期性，並整合參考文獻理論公式分析邊界層對圓盤運動的趨勢，發現若邊界層變薄則讓液體質心處於α>0，滾擺加速滾動，若變厚，則反之。當釋放高度大於8.55cm無彈跳填充範圍將維持在22.500 %~87.500 %，不受高度影響。而黏流滾擺落下的時間約為空圓盤的122倍。改以黏滯性較小的水作為填充液體則不存在無彈跳填充區域。若改以填充混和質量濃度比例100:6及100:20的黏滯流體與水，則可發現臨界線向左偏移。若填充液體改為固態粒子(細沙)，實驗發現填充比例為4.242 %~93.196 %時，細沙滾擺會固定於高空中而不落下。比較黏滯流體、水、細沙三種填充物質，黏滯流體緩衝效果與穩定性最佳。