物理與天文學

This study completes an air vibration equation expressed wind speed slope and wind speed. First, preliminary experiments identified air vibrations when wind speed differences occurred over distance. Several air fans were connected in series and the rotational speed of the air fan was adjusted to vary the wind speed with distance. At this time, only certain pendulum oscillates during a particular wind speed slope. It was expected that the pendulum would shake because the frequency of the air due to the slope of the wind speed was equal to the natural frequency of the pendulum. In addition, relatively short pendulum swings in large wind speed slope, long pendulum swings in short wind speed slope. After calculating the natural frequency of the seasonal growth of fruit using the physical factors model, we experiment how resonant frequency was related with cone length, angular width, wind speed, velocity and secondary derivative. the actual experiment analyzed the natural frequency of the fruit and resonance from the air vibration as the linear function of the wind speed, velocity, and secondary derivative. The experiment determined that the pendulum of a specified number of frequencies resonated with a particular wind speed pattern. It is judged that the vibration of air is related to first derivative of wind speed depending on speed and distance. However, it is very difficult to express the flow of nonlinear fluids as a function of simple function, particularly the effects of air vibrations caused by wind speed second derivative, which appeared to be associated with forces. This is a task that needs to be solved through further research.

Exclusion zone water現象係指在水溶液中膠體粒子等大型溶質無法靠近多種親水性表面，形成數十到數百微米厚的「空乏區」，簡稱為EZ。目前提出的理論認為此處形成了特殊結構水，然而我們的實驗使用磁珠卻可穿入EZ區，發現不符原理論預測。因此我們提出EZ是由擴散滲流 (diffusiosmosis) 與擴散泳 (diffusiophoresis) 綜合造成的想法來解釋。我們設計了一些實驗，觀測溶液中EZ大小變化、膠體粒子流場與離子濃度梯度等，皆符合預期並成功證實我們的想法。應用此研究結果，可發展新的溶質過濾萃取方式，或利用離子交換產生的流場作為新的發電方式。

本研究藉由研究LED的光學性質：發光光譜、吸收光譜、吸收光的電流電壓曲線；並測量由LED吸收可見光的效率與內部等效電阻，藉以評估LED作為太陽能電池的實用性。研究結果顯示LED在太陽能電池的電子電洞與等效電路模型中的相關參數(填充因子，串聯電阻，分路電阻)，均能用以有效地將光能轉換成電能。接著利用下列方法：①加裝Fresnel透鏡聚光、②設計LED陣列的電路、③設計電能輸出入的轉換電路等方法，製作出利用LED在白天將光能轉成電能，在晚上將電能轉換成光能，而不需要另外輸入電能的self-powered LED lamps。

A simple and cheap bubble film experiment system was constructed by us. Although it is simple, it can observe the phenomenon similar to those observed in the wind tunnel system or PIV system. But because of gravity, bubble film become a little more complex. We programed some codes to analyze the data and showed bubble thickness is proportional to the Reynolds number. The low frequency sound can make bubble film rotate. And we also study the wing’s attack angle, from 0 to 75 degree with interval of 15 degree, discovering the 15 degree is the best flying attack angle.

本實驗為將高電壓的靜電通入流動的水中，發現下端水柱產生雷利不穩定性，以及在特定條件下發生甩動。水柱被截斷成水滴後，因電場作用而散開，造成視覺上一錐形的區域。 本實驗探討(1)水柱長的變化 (2)水滴個數的體積個數密度 (3)直徑分布隨著錐形區域位置的變化 (4)水滴帶電量與體積關係。 尺度及各變因為：水流量0.4~2.0cm3/s，電壓0~30kV，電流0μA~12μA，不同導電度和表面張力的液體。實驗結果： (1)水柱長隨電流成指數衰減，並提出h=Ae-bI+kQ之經驗公式 (2)水滴分布範圍隨電流與流量增大分別增大與減小 (3)錐形區域越外圍水滴越小 (4)使用的蒸餾水水滴帶電量與體積之2/3次方成正比

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。

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。

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。

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。

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。