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物理與天文學

圓形皂膜駐波與厚度變化

本實驗藉觀察圓皂膜的共振駐波,探討皂膜厚度對共振模態之影響。發現在條件相同下,因駐波共振頻率與表面張力、厚度及體密度間的複雜關係,使皂膜厚度有時會影響振動模態。 實驗中以同心圓駐波加上轉動,分析皂膜在駐波共振下的厚度分布及隨時變化。駐波加轉動下皂膜之厚度有三種分布情形:厚度相等、厚度沿徑向突增及沿徑向漸增再漸減;隨時間演進,皂膜上同心干涉環會於駐波節線產生暗紋,此暗紋再往兩側拓寬。 當轉動皂膜產生黑膜後,將轉動停止再施以同心圓駐波,可於貝索函數J0之腹線附近出現較厚之干涉亮紋。圓黑皂膜共振之亮點分布與圓板共振動克拉里尼圖案類似,只是皂膜上的亮點往腹線堆積,而圓板上的顆粒則往節線聚集。

星系演化? 剖析巡天資料庫驗證星系顏色與紅移關係

透過研讀論文Strateva et al. (2001;簡稱S01),開啟了我們對於星系的星等、星色考量紅移情況下之關係的興趣,並展開以下研究。S01利用Sloan Digital Sky Survey (SDSS)所提供的測光數據,首次依據顏色u*-r*,將星系解析為偏紅以及偏藍兩個族群。本研究藉由SDSS最新提供的光譜資料進一步取得精確紅移數據,經由 K-correction復原靜止坐標系中各星系的星色,並可透過距離模數消除距離對於星系亮度的影響。因此,本研究得以分辨出兩類星系族群的紅移演化。我們發現紅移效應和星系本質的特性對於 r*<17.77且z<0.3的星系有顯著的影響。在研究目標範圍內,兩類星系族群皆沒有發現紅移演化對於顏色的影響。本研究也與 S01作比較,討論了分析中可能的誤差來源。

仙「鋁」奇「圓」-探討鉻鋼球碰撞的力與能量

本實驗主要在探討鉻剛球碰撞產生的情況與能量的傳遞,我們改變的變因有: (1)球落下高度、 (2)鉻剛球大小(兩種規格)、 (3)兩球撞擊的中間物材質(鋁箔、白紙、銅片)、 (4)中間物材質的厚度。 發現球自愈高的高度落下後產生碰撞,中間物(置於底下鉻剛球的上方,如:鋁箔)所產生的同心圓面積愈大;而大球相撞產生的同心圓也比小球相撞所產生的大。就碰撞後反彈高度而言,大球碰撞後反彈高度比小球碰撞後反彈高度來的高。與銅片有相同厚度的6層鋁箔,其碰撞產生的面積與銅片的卻不相同,可見不同材質的硬度及彈性,亦是影響面積大小的因素之一。

斷尾球「生」~探討羽球羽毛對飛行的影響

我們製作獨特的垂直風洞,透過牙條及滾珠軸承使羽球能在其中自由轉動以利同步取得運動時的阻力、轉速及側向力,並透過空氣壓縮噴射方式探討軌跡差異。實驗數據顯示,羽毛只要經過修剪,阻力多會下降,雖然能飛的更高遠,但也降低了羽球獨有的飛行特性。若修剪外側羽毛,可大幅提升高速下的轉速,但低速時則因受力面積減少導致轉速下降且發現透過側羽的小修剪可同時提升飛行能力以及飛行特性,提升練習級羽球的價值;但羽尾若破壞程度太大,如:剪成平頭狀,飛行距離雖明顯提升,但轉動能力下降,甚至低速時無法轉動。最後,斷翅的實驗出現了一個有趣的結果:透過斷去第二根羽毛達到對稱的缺口,可挽救失控的側向力,提升破損羽球的練習價值。

水波虛擬干涉全像法與光聲成像

全像攝影運用光波干涉性質呈現物體影像。干涉是波基本性質因此嘗試改以水波當波源,經過全像攝影相同過程來呈現物體影像。 將訊號產生器產生訊號一分為二,一個接到振動器產生水波,用光感測器接收相當於全像攝影物體波,另一個訊號直接以電壓感測器測量作為一虛擬平面參考波,將兩數值相加模擬物體波與參考波干涉,得到一數位化水波全像片。然後以程式計算虛擬平面參考波通過水波全像片,全像片上各個點波源相互干涉結果,成功將影像重建出來。討論影響影像重建變因、鑑別率,將不同位置物體影像一層一層顯示達成斷層掃瞄效果。水波「虛擬干涉全像法」是我們自行發展出來,以關鍵字搜尋並沒有發現類似實驗。 最後將相同原理運用在「光聲成像」,將一調變頻率40KHz光照射在物體上,經光聲效應轉換成聲波,將聲波經由「虛擬干涉全像法」成功呈現物體影像。

利用星團內短週期變星性質與星團運動狀態對疏散星團的性質探討——以英仙座雙星團為例

本研究主要目的在於利用現有的天文資料庫搜集星團成員星,並探討疏散星團中短週期變星的類型與空間分佈,以及星團在銀河系中的運動狀態,希望能對疏散星團的演化有更進一步的瞭解。英仙座雙星團在天空中的投影很靠近,以往文獻認為此雙星團可能相互影響,因此我以此天體當研究目標。除了線上天文資料庫檢索結果可以用來分析星團成員及基本物理參數,我還利用青藏天文台來取得觀測資料以填補研究中變星數據的不足。利用2MASS測光數據及蓋亞巡天自行數據,此雙星團我挑選出共約80個成員星,另外我分析了51顆變星,其中有17顆星是經由本次觀測得到的新週期。根據該天體的自行與徑向速度,其運動狀態是以一快一慢的速度朝向銀心運動,並皆以銀心為中心相同方向旋轉,且在垂直銀盤方向同時向下遠離銀盤。

圓網波攔─圓網結構之振盪模態影像分析

本次實驗探討網面結構不同所造成的振盪模態差異、振動頻率對網面結構振盪的模態差異。 本研究發現,蜘蛛網面的中央絲結構會直接影響到整個網面結構的振盪方式,以及能量散布的情形,希望藉由模態分析進行二維網面的討論。 當初想了解蜘蛛網結構對於分散衝擊力道的影響,為了簡化實驗變因而使用釣魚線進行模擬,所以設計出二維網面結構來模擬蜘蛛網面,並且改良過去的測量方式及振盪方法,加以探討二維網面結構,希望可以利用在生活中的相似抗震結構上。 實驗將觀察整片圓網結構在振盪下的模態能量散步以及傳遞方向趨勢,繪製出等振盪強度圖協助了解振動的分布,實驗結果指出蜘蛛網面的中央絲結構可以減緩振盪,這也是本次研究之後需要更進一步探討中央絲結構以及對能量傳遞的影響。

飛「波」傳「電」~6V電池直流電源之無線電力傳輸與充電

我們使用了直流電源進行感應電流的測試,結果發現直流電源因為電流穩定,所以無法產生感應電流,只有在打開電源或關閉電源時才會有。於是我們用打點計時器設計了自動開啟與斷電的裝置,使直流電不斷地開啟與斷電,造成源源不斷地感應電流,但此裝置的輸出功率太小。接著我們使用了簡易的振盪器形成振盪電路,使直流電可以有交流電的效果,透過許多測試,最後利用細線編織而成的麻花辮來繞線圈,解決因集膚效應所造成的損耗,接著用倍壓式整流電路,將交流電轉成直流電,使原本的傳輸效率大大提升,最後再透過鋁片的反射,使接收線圈的效果再度提升。

論平行電板間肥皂泡之變形現象

觀察肥皂泡置於平行電板中時產生變形,本研究探討此現象並提出相關解釋。經由實驗發現肥皂泡在電場下的形狀是橢球的一部份;肥皂泡在施加電場前後的高度比與寬度比是兩電極板間電壓的二次曲線,且離心率與電壓成正比關係。透過觀察肥皂膜的光學性質、分析皂膜受力以推測其電學特性,確定系統之電荷與電位分布,進而提出理論模型計算系統能量,解釋平行電板間肥皂泡之變形現象。

自轉易導致presupernova階段 ? 探討恆星自轉於演化過程及最終狀態扮演之角色

自轉是塑造恆星演化的關鍵物理因素(A. Maeder et al. 2012),然而,在一些研究當中,模擬恆星演化仍會選擇忽略旋轉的影響(Pietrinferni et al. 2004),這開啟了我探討自轉在恆星演化扮演的角色之興趣,於是展開以下研究。MESA(Modules for Experiments in Stellar Astrophysics)為一專業天文物理界中普遍使用之電腦程式,能模擬各種恆星演化場景,本研究藉由MESA模擬不自轉至具自轉程度差異之恆星演化模型,探討其演化過程之變化及最終狀態之差異。研究結果分析發現自轉混合導致不同殼層位置之元素有更好的對流性,因而產生較好之化學同質性質 (Chemical Homogeneous),而自轉效應在驅使恆星進入presupernova階段亦有一定程度的重要性。