聲波駐波影響物質移動行為之研究–以肯特管為例

專題名稱 聲波駐波影響物質移動行為之研究–以肯特管為例

專題描述 研究動機
曾看到科學家將聚苯乙烯球放置於配置超音波揚聲器的儀器中，聚苯乙烯球神奇的懸浮在空中並且移動的實驗影片，引發我對聲波移動物體的興趣，思考是否能用實驗室裡的肯特管產生駐波，重現如科幻經典電影「星際爭霸戰」中的「牽引光束」。

研究目的
1.探究駐波波節數與聲音頻率的關係
2.探究肯特管駐波不同傾斜角度對物質移動的影響
3.探究水分對垂直放置肯特管形成波漣之影響

隊伍名稱 音忍一人眾

指導老師 曾元科　

參賽學生 吳昕醍　　　

序號檔案內容上傳者
10作者 許婷
來源 中華民國第50屆中小學科學展覽會
描述 腔體共振之探討
此實驗用音頻分析軟體測定容器共振頻率，探討各變因對腔體共振的影響。同時，研究者探討不同形狀容器所符合的共振理論（駐波理論、腔體共振理論），並對現有理論進行修正。		吳昕醍
9作者 李盈賢、蔡靚萱、洪志坤
來源 中華民國第30屆中小學科學展覽會
描述 聲音速率測量的改進及聲音在固體中駐波現象之研究
空氣中聲速是利用聲音在氣體中傳播使其產生駐波現象，再利用駐波原理粗估計算，此研究在探討聲音在固體中的駐波現象，與利用駐波原理測量聲速。		吳昕醍
8作者 陳雨鴻
來源 中華民國第55屆中小學科學展覽會
描述 以管窺波－探討壓力波在彈性管中的振盪效應
此研究實驗將彈性管充滿水置於木架上，一端接上注射針筒，另一端接上水箱。擠壓注射針筒產生波動，藉由感測器記錄波形讀取振盪時間，改變不同的變因，實驗數據支持理論分析。最後利用理論計算出空氣在矽膠管共鳴時的波速是由空氣及管共同決定的，可知形成駐波的頻率，不只與管長有關，也與管徑、管壁厚度、材料有關。		吳昕醍
7作者 陳育聖、陳新、陳偉祥
來源 中華民國第 53 屆中小學科學展覽會
描述 來聲相聚~聲音滅火與聚音器的探討
此實驗藉由聲波的反射、共振、干涉、駐波等特性，來探討聲音滅火的原理。研究者具體研究聚音器的特性，找出效率最佳的聚音器---讓聲音成為快速、有效、低成本、無汙染的滅火器。 		吳昕醍
6作者 蔡金吾、洪瑞聰、黃奎綱、蕭錚
來源 中華民國第34屆中小學科學展覽會
描述 不均勻介質中弦波形成駐波的研究
研究輕繩與重繩相接是否能產生駐波		吳昕醍
5作者 黃俊豪、林煒翔、蔡豪人、李泓億
來源 中華民國第50屆中小學科學展覽會
描述 肯特管藉由聲音的干涉產生駐波，並在駐波中的波節與波節之間，產生規則的層次線紋。此研究利用PASCO 感測器，輸入不同的聲音頻率，由傅立葉轉換研究者發現基音是造成駐波的主要原因，也找出管中不同位置的波譜，發現保麗龍球跳動較高處的波譜變化較大，波漣的形成，必須聲波強度達到某一個臨界值，造成氣漩。		吳昕醍
4作者 駱頌揚、李哲安
來源 臺灣國際科學展覽會 2006年
描述 超聲波應用之研究
在實驗用共振法測量聲音在固體、液體、氣體中的駐波聲場，測量各介質中的聲速。研究超聲波在液體中的空腔效應，鋁箔在不同液體受空腔效應所破損面積與時間略成正比，並發現在水與各濃度的洗潔精水溶液中以水的破損效果最明顯。		吳昕醍
3作者 戚禎庭
來源 臺灣國際科學展覽會 2004年
描述 模擬聲波干涉
利用聲波之基本原理在電腦上進行聲場的模擬並加以改變其變因（頻率、相位、聲源數、聲源間距、強度、邊界反射），進而明瞭聲場之各項特性及應用與控制方式。經電腦模擬聲場圖中，觀察到兩聲源干涉所形成之圖形為多組雙曲線所組成，近似於光學之雙狹縫干涉，增加聲音頻率與聲源間距離皆可使腹(節)線數目增加。		吳昕醍
2作者 嚴光晨、房暐宸、吳明軒、何佳霖
來源 中華民國第四十七屆中小學科學展覽會 作品說明書
描述 開洞駐波的探討
以此實驗為基礎嘗試找出當空氣柱開洞時相關的物理性質，改良高中物理的實驗方式，更準確的找出共鳴點的位置。研究孔洞位置改變對共鳴點位置的影響、孔洞的大小對共鳴點位置的影響、空氣柱的管徑大小與孔洞大小的比值對共鳴點位置的關係。		吳昕醍
1作者 李哲安、駱頌揚
來源 臺灣國際科學展覽會 2007年
描述 超聲波在液體的探討
探討超聲波在水中的基本性質，利用超聲波在水中的物理性質，近一步測量超聲波在水中的聲速，實驗中則利用駐波以及聲光效應測量。在駐波法測量聲速的實驗中，用洗淨機當作聲源，內部放置量筒，量筒內盛水後放入木屑，並使聲波在其中產生駐波即聲浮現象。		吳昕醍

序號封面照內容說明上傳者
5類別 相簿集
名稱 實驗討論情形
說明
進行實驗時的討論過程		吳昕醍
4類別 相簿集
名稱 肯特管產生2+2個波節的頻率
說明
實驗A-3
頻率:694~717hz
音量:105db
波長:0.47m
型態:波腹3個		吳昕醍
3類別 相簿集
名稱 肯特管產生1+2個波節的頻率
說明
實驗A-2
頻率:460~478hz
音量:105db
波長:0.71m
型態:波腹2個		吳昕醍
2類別 相簿集
名稱 肯特管產生2個波節的頻率
說明
實驗A-1
頻率:239~246hz
音量:105db
波長:0.71*2m
型態:波腹1個
吳昕醍
1類別 相簿集
名稱 實驗器材介紹
說明
1.肯特管聲波演示器
2.聚苯乙烯球(保麗龍球)
3.頻率產生器APP
4.分貝測量APP
吳昕醍

序號內容上傳者
6作者 吳昕醍
標題 肯特管產生不同波節數的頻率實驗觀察與結果
內容
實驗A -肯特管產生不同波節數的頻率：
(1)A-1肯特管產生2個波節的頻率
公式推算: 245 Hz~239 Hz
實驗數據:約240Hz~243Hz
實驗結果:與公式推算相符
(2)A-2肯特管產生1+2個波節的頻率
公式推算: 492 Hz~478 Hz
實驗數據:約478Hz~489Hz
實驗結果:與公式推算相符
(3)A-3肯特管產生2+2個波節的頻率
公式推算: 737Hz~717 Hz
實驗數據:約723Hz~735Hz
實驗結果:與公式推算相符

吳昕醍
5作者 吳昕醍
標題 水分對垂直放置肯特管形成波漣之影響實驗計畫
內容
實驗C -水分對垂直放置肯特管形成波漣之影響
實驗目的：透過添加水分，使垂直放置肯特管的狀態下，仍可觀察出由聚苯乙烯球所形成之波形。
在測試肯特管中聲波懸浮乘載時，須將肯特管垂直放置，然而垂直放置時聚苯乙烯球會因為重力而落於底部，因此思考是否可以在垂直放置肯特管的狀態下，形成波漣，並藉此觀察波的型態，因此設計此實驗。
操縱變因：肯特管管內水分
由消除肯特管靜電時將水透過噴霧器散布至管內的過程，發想出以噴水方式使管內的聚苯乙烯球團狀沾黏在管壁，在水尚未完全乾燥前啟動揚聲器，試驗是否能以此方式在垂直的肯特管中形成波漣。
實驗項目：
(1) 肯特管垂直放置 管內無水分
(2) 肯特管垂直放置 管內有水分

吳昕醍
4作者 吳昕醍
標題 肯特管移動管內物體的傾斜角度實驗計畫
內容
實驗B -肯特管移動管內物體的傾斜角度
實驗目的：探究肯特管駐波不同傾斜角度對物質移動的影響
控制變因：頻率240 Hz (2個波腹3個波節)
操縱變因：傾斜角度
實驗項目：
(1)肯特管放置傾斜角5°
(2)肯特管放置傾斜角10°
(3)肯特管放置傾斜角15°
(4)肯特管放置傾斜角20°
(5)肯特管放置傾斜角30°

吳昕醍
3作者 吳昕醍
標題 肯特管產生不同波節數的頻率實驗計畫
內容
實驗A-肯特管產生不同波節數的頻率
實驗目的：得知肯特管產生波節的數據與公式推算是否一致
操縱變因：頻率
實驗項目：
(1)A-1 肯特管產生1+2個波節的頻率
公式推算: 245 Hz~239 Hz
(2)A-2 肯特管產生2+2個波節的頻率
公式推算: 492 Hz~478 Hz
(3)A-3 肯特管產生3+2個波節的頻率
公式推算: 737Hz~717 Hz

吳昕醍
2作者 吳昕醍
標題 頻率與波節的公式推算
內容
氣溫=30℃ 管長=0.71~0.73m
波腹 波數 波速 波長(大) 波長(小) 頻率
1 0.5 349 1.42 1.46 245~239
2 1 349 0.71 0.73 492~478
3 1.5 349 0.47 0.49 737~717
4 2 349 0.36 0.37 983~956
5 2.5 349 0.28 0.29 1229~1195

吳昕醍
1作者 吳昕醍
標題 肯特管靜電消除方法
內容
保麗龍球與肯特管摩擦後，產生靜電，導致保麗龍球吸附於壓克力管內側管壁，不易觀察管內保麗龍球。
解決方法與改進過程：
第一次測試:依照說明書指示，使用噴霧器將水噴入管內。結果:等待乾燥時間過長。
第二次測試:使用吹風機加速烘乾管內水分。結果:過於費工，且無法吹入管內深處。
第三次測試:使用酒精加水配合噴霧器噴入管內，加速揮發。結果:將等待時間縮短，且達到消除靜電效果。

吳昕醍

序號封面簡介（摘要）上傳者
5書名 自然與生活科技國二上學期課本
作者 郭重吉
出版社 南一
簡介（摘要）
第三章中完整的介紹聲音的波動原理，產生聲音的條件等基本原理。在波動原理中可以了解物質波動的基本行為模式。頻率、波長與波速的關係，以及波速與空氣溫度的關係。
導讀
課本上的解說非常詳細，公式原理的講解也很完整，非常容易理解。		吳昕醍
4書名 物理馬戲團II
作者 作者:沃克 譯者:葉偉文
出版社 天下文化
簡介（摘要）
此書以一問一答的方式，啟發讀者思考物理問題與現象，像是蜜蜂、螞蟻等動物是如何利用偏振光來判斷方向等生活常見現象探討。
導讀
這本書的編排方式非常特別，上一頁條列了生活中常見的物理問題，下一頁條列問題的解答，使讀者能閱讀完問題後思考答案。		吳昕醍
3書名 探究物理：解譯聲波密碼
作者 作者： 于今昌
出版社 麗文文化
簡介（摘要）
此書講解生活中無處不在的聲音應用在各類物品的原理，以及動物身上的聲學理論，像是留聲機、唱片、光學錄音機和磁性錄音機、雷射播放器、數位唱片蜘蛛的音響探測器、鳥兒唱歌的祕密、從鸚鵡學舌說到動物語言等生活化主題
導讀
這本書的編排方式非常特別，上一頁條列了生活中常見的物理問題，下一頁條列問題的解答，使讀者能閱讀完問題後思考答案。		吳昕醍
2書名 世界第一簡單物理光、聲、波篇
作者 作者： 新田英雄、譯者：衛宮紘
出版社 世茂
簡介（摘要）
此書以漫畫和文章解說構成，由漫畫為主軸，生動的講解波的概念及光學與聲學理論，從波動的基本知識，到光波、音波，進而了解何謂「都卜勒效應」，清楚的呈現隨時間變化的運動。較困難的原理及公式以文章輔助說明及補充。
導讀
此書以漫畫的形式講解聲學理論，情境式的說明淺顯易懂，文章的補充一目了然，深入淺出的講解波動與聲波的基本知識，既簡單又清楚的呈現方式閱讀的難度大幅降低，使我在輕鬆的閱讀中理解聲學理論。		吳昕醍
1書名 觀念物理Ⅳ 聲學．光學
作者 作者:休伊特 譯者:陳可崗
出版社 天下文化
簡介（摘要）
講解許多生活中有關聲與光的案例，像是想知道蚊子為什麼會發出惱人的嗡嗡聲？為什麼能用超聲波看媽媽肚子裡的小baby？太陽眼鏡為什麼能抵擋強光？等有趣的問題解釋聲學與光學的的基礎知識。
導讀
這本書以生活實例深入淺出的講解聲學的基礎理論，親身體會妙用無窮的波動原理，簡單的圖例使我容易理解複雜的公式，閱讀完此書後對聲學更有概念，解釋了閱讀文獻時較困難的辭彙。		吳昕醍

序號書面報告說明上傳者
1說明 此篇文章節錄《BBC知識國際中文版》第27期精華重點，解說聲波懸浮歷史、現今發展、未來應用等相關發展，並且提到較少數文章敘述內容：「為了製造出足夠的浮力，這套系統會發出高達一百六十分貝的聲波，這差不多是噴射引擎在近距離產生的音量。這就是研究人員使用頻率高達兩萬四千赫茲超音波的原因，因為這樣的頻率高到人類聽不到」吳昕醍

序號書面報告說明上傳者
1說明 簡報吳昕醍