類別：工程技術類
篇名：
那些我們一起吹的泡泡-延長泡泡停留時間之研析
作者：
錢勵天 台北市立木柵高工。機械科高三仁班 楊桐杰 台北市立木柵高工。機械科高三仁班 呂昌鴻 台北市立木柵高工。機械科高三仁班
指導老師： 李添法 老師 曾皇憲 老師
那些我們一起吹的泡泡-延長泡泡停留時間之研析
壹●前言
記得小的時候很喜歡玩吹泡泡，連洗澡的時候都會用肥皂水來吹泡泡，但是媽媽說一瓶要20～30元實在有點貴，泡泡水只不過是洗碗精加水而已，所以媽媽就自己用洗碗精加水做給我玩。雖然吹的出泡泡但是停留在空中的時間總是不久，為了找出添加什麼物質能延長泡泡在空中停留的時間，我們認真的收集資料後發現市面上的產品都添加甘油來延長泡泡的時間，所以我想利用田口法實驗，找出在添加少量或不添加甘油的情況下，加入何種物質會延長泡泡的時間，希望能用常見的溶液自行調配成可在空氣中停留較久的泡泡，延續小時候泡影不滅的夢想。
貳●正文
一、實驗目的
非外力條件影響下泡泡於空氣中破裂的主要因素為蒸發效應，如果可以延長水分子蒸發的時間即可達到改善的目的，也有助於較大的泡泡成形，其中改善的關鍵為保溼的效果，而坊間常見之添加物為甘油，但甘油並非一般家中常見的生活用品，所以本實驗之目的即希望找出一組添加日常生活中容易取得的溶液或物質，且於甘油添加最少或沒有添加的狀態下，亦能達到長效保濕延緩泡泡破裂的配方，並分析各因子對於實驗影響的比重。
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那些我們一起吹的泡泡-延長泡泡停留時間之研析
二、實驗方法 1、田口實驗流程圖
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2、決定實驗因子與其Level
依照實驗目標，實驗因子皆為日常生活中捶手可得的日常用品，希望能用方便取得的生活用品來替代甘油。表1-1為所選的因子與其level。
Factors
A：salt ( 鹽 ) B：shampoo（洗髮精） C：glycerol （甘油） D：honey （蜂蜜） E：washing liquid（洗衣精）F：glue （透明膠水）
Level1 20g 5 2 5 5 5
Level2 10g 2.5 × × 2.5 ×
※將每個因子加入事先製作的泡泡水中每組100cc 單位：cc
表1-1所選因子的level
鹽
洗髮精
甘油
蜂蜜
洗衣精
表1-2所選因子的實際圖片
3
膠水
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3、選擇直交表
因為實驗有6個因子，每個皆為2 level ，所以選擇L8的直交表。如表1-3、表1-4。
表1-3 L8 OA
表1-4
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4、實驗步驟
依照L8直交表，每一個試驗組加入其對應的因子等級於100cc的洗碗精溶液中，目的就是使原本就可以吹出泡泡的溶液所吹出來的泡泡更為持久；完成上述動作再攪拌均勻後使用一般市售之吹泡泡的器具（如下圖1-5）吹出泡泡並且用碼表計錄時間，泡泡大小儘量控制在一個拳頭大小再給予計時，每組試驗量測時間三次，再用以進行分析。
圖1-5吹泡泡器具
圖1-6 吹泡泡狀況與大小
圖1-7泡泡1
圖1-8泡泡2
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三、實驗分析 1、實驗數據
依照上述直交表作實驗，所得的數據如表2-1，其後包括平均值和S/NHB ratio，因為實驗目的希望泡泡在空中停留的時間越久越好，所以使用S/N ratio high is better。公式如下：
S/NHB
⎛1r1⎞
⎟=−10log⎜⎜r∑y2⎟
⎝i=1i⎠
trial12345678time1(s)13.4510.6710.4511.3512.928.729.8812.67time2(s)14.869.9511.2412.2113.149.6310.3413.15time3(s)S/NHB ratio12.7222.679.1219.879.3720.2312.0221.4712.722.229.819.4110.7820.2711.3521.81average13.689.9110.3511.8612.929.3810.3312.39 表2-1
2、Data ANOVA
將所得到的數據進行變異數分析(ANOVA)，其分析出之ANOVA表如表2-2所示
SSA ( 鹽 ）0.226B（洗髮精）0.343C（甘油）1.211D（蜂蜜）5.236E（洗衣精）0.226F（膠水）44.255e8.694T60.191v1111111723V0.2260.3431.2115.2360.22644.2550.511表2-2
F0.4420.6712.36710.2380.44286.535P0%0%1.2%7.8%0%72.7%19.5%100%conf.(%)48.51%57.60%85.77%99.47%48.51%100.00% 6
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將Confidence percentage 較低的因子A（鹽）、B（洗髮精）、C（甘油）、E（洗衣精）合併到error 變成e pooled 如表2-3
D（蜂蜜）F（膠水）Te pooledSS5.23644.25560.19110.700v112321V5.23644.2550.510表2-3
F10.27686.854P7.9%72.7%100%19.5%conf.(%)99.58%100.00%由上表可知，D、F因子為顯著因子，因為其信心指數較高。
3、 S/NHB ratio ANOVA
以實驗所得的數據求得S/NHB ratio再進行變異數分析(ANOVA)，其分析出之ANOVA表如表2-4所示
A ( 鹽）B（洗髮精）C（甘油）D（蜂蜜）E（洗衣精）F（膠水）eTSS0.0340.0200.2060.9970.0108.7950.01310.074v11111117V0.0340.0200.2060.9970.0108.7950.013表2-4
F2.7091.57016.45079.7160.821703.349P0.2%0.1%1.9%9.8%0.0%87.2%0.9%100.0%conf.(%)65.24%57.12%84.61%92.90%46.87%97.60%將Confidence percentage 較低的因子合併到error 變成 e pooled 如表2-5。
D（蜂蜜）F（膠水）Te pooledSS0.9978.79510.0740.282v1175V0.9978.7950.056表2-5
F17.675155.953P9.3%86.7%100.0%3.9%conf.(%)99.15%99.99%經data ANOVA 、S/NHB ratio ANOVA分析都得到相同結果，D、F因子依然為顯著因子。
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4、 因子回應圖
利用上面的S/N ratio值求出其各因子其level之S/N ratio平均值，如表2-6所示，將這些畫成因子回應圖，如圖2-7所示。
FactorA1A2B1B2C1C2D1D2E1E2F1F2average21.058520.928421.043020.943921.153820.833121.346420.640421.029320.957622.041919.944922.52221.52120.52019.5A1A2B1B2C1C2D1D2E1E2F1F2
圖2-7
表2-6
四、確認實驗
以信心區間來確認實驗數據： 計算顯著因子的平均： ˆDμ1F1
=D1+F1−T=13.179
計算效果樣本數：neff=24/(1+2)=8
由於實驗中對於母體數為未知，所以將以CI3來評估當樣本的數量較少時：
CI
3
=
Fα,1,v2Vep(1/neff+1/r)Fα,1,v2=2.961Vep=0.51 r = 3
CI3=0.8315
故信心區間為：
12.3472 < μD1F1 <14.0103
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將實驗數據表上D1F1的平均值(下圖紅色框框處)分別繪於信賴區間圖上，進行比對，發現其值皆能落於信賴區間中，代表整體實驗過程正確!
trialD（蜂蜜）F（膠水）average11113.682229.9131210.3542111.8651112.926229.3871210.3382112.39 14.5014.0013.5013.0012.5012.00trial 1 D1F1trial 5 D1F1
信賴區間圖
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參●結論
經過實驗發現添加5cc蜂蜜與5cc膠水於100cc的洗碗精水中，可以延長泡泡在空氣中停留的時間，100cc的洗碗精水原本就可以吹出泡泡了，泡泡在空中停留的時間大約為10秒，加入5cc蜂蜜與5cc膠水後，泡泡可在空中停留的時間增加至13秒。
由實驗的結果可發現，添加黏稠性的液體具有保濕作用，可延長泡泡在空中停留的時間，下次可嘗試三秒膠或強力膠等液體，實驗其是否再增加泡泡在空中停留的時間。
由這次的小論文讓我們學習到如何收集相關資料，如何利用田口實驗法規劃實驗並找出顯著的因子。原來利用日常生活中常見的濃稠液體，就可以製作出更持久的泡泡，而且還不用特地花錢去買泡泡水，真是一個有趣又實用的實驗。
肆●引註資料
1. 2. 3.
小恐龍 科學e 教室
http://www.chemedu.ch.ntu.edu.tw/~byjin/Bubble/Kids/soap_bubble.html Tguchi Techniques for Quality Engineering ~ Phillip J.Ross
吳復強,產品穩健畫設計－田口方法之原理與應用,全威圖書有限公司 (2005)。
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