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「杯」請「霧」入——仿生集水表面應用於台灣山區霧氣捕捉研究
本研究探討仿生集水表面應用於台灣山區霧氣捕捉,並聚焦如何為需水性高的植物提升種植水源。近年來氣候變遷導致水氣減少,農作需仰賴額外技術補充水源。藉由模擬沙漠甲蟲圓弧凸起與蜂巢六角形凹槽仿生結構能顯著提升霧水蒐集效率;3D列印不同表面結構的捕霧杯,於實驗室內模擬霧氣環境。進而走入台灣不同海拔地區,驗證各環境條件對捕霧效率的影響。研究發現,陽明山濕度99%風速5.7 m/s環境中,集水效果最佳(32.7g);大雪山高海拔,但濕度低風速變化較大,捕霧量幾近為零,風速及海拔影響顯著;特別在高濕度環境下表現最佳。提出具潛力之補霧杯模型,應用於水資源不足地區,提高需水性植物水源供給,以維護生態多樣性環境。
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「震」「筋」危坐居安思危─強「筋」健骨的重要性
台灣位於環太平洋地震帶上,「向地震學習」是避免再一次發生重大地震災害的不二法門。1999年的921集集大地震中,有三分之一的房屋倒塌。2016年的美濃地震造成了台南維冠大樓倒塌。2024年4月3日的大地震中,有兩棟三角窗建築在幾秒內瞬間倒塌。本實驗主要以三種箍筋以及我們自行研發的一筆柱中柱箍筋進行評估,並利用我們自製的地震模擬器,測試不同箍筋的研究成果。我們發現傳統箍筋最不穩固,一筆箍筋排名第二,柱中柱箍筋排名第三,而我們研發的一筆柱中柱箍筋最為堅固,合理的建築設計與抗震結構至關重要。
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麥芽糖遇到愛-黏滯性阻尼器應用建築物減震效果
本研究利用自製地震模擬器,自製彈簧阻尼器、麥芽糖黏性阻尼器,自製模型屋,手機震動APP檢測X、Y、Z軸最大加速度,作為阻尼器減震效果的優劣,實驗結果:彈簧阻尼器彈性較高,無法完全吸收震動能量,因此減震效果有限。黏滯性阻尼器對模型屋 減震效果:1支黏滯性阻尼器震動大時減震效果較佳,最大加速度減震36.20%,黏度低優於黏度高。2支黏滯性阻尼器配置X型,在X、Y、Z軸與最大加速度4項,最高可減震56.29%,27.55%、57.80%、53.06%。對鋼骨結構模型減震效果:配重220克最大加速度減震23.83-33.38%,不同配重差異性不大。不同樓層最大加速度五樓的減震最佳28.79%-35.52 %。裝設1、2支阻尼器减震效果19.88%-29.99%,並非裝設越多阻尼器減震效果越佳。
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日跡月軌星羅布-自製天體觀測儀與其應用
國小自然課以量角器搭配窺管觀測月亮,利用竿影間接觀測太陽,描繪天體在天空的軌跡,使用星座盤認識夜晚星空,但觀測器與竿影測量精密度低,操作複雜不直觀。本研究利用窺管與雷射筆,加上手機感測晶片與軟體測量傾斜角,自製精準度極高的「天體觀測儀」,可以同時測量日、月、星三種天體,將測量所得的天體方位角、高度角座標, 利用壓克力半圓球描繪太陽、月亮在天空運行的軌跡,製成 「天體軌跡紀錄半天球」利用試算軟體泡泡圖功能,將測量所得的恆星座標畫成平面星圖。將恆星座標經過周日運動校正,使用弧形刻度游標尺系統,描繪恆星在壓克力球上,製成「星羅布天球儀」。開發 出便利、精準、實用的天體觀測儀,並繪出天體的運行軌跡與分布。
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「岩」下之意~古生物化石訴說的家鄉往昔
為深入了解家鄉的地質歷史與古生物遺跡,本研究聚焦於新北市外挖子山(位於安坑與南勢角交界處)之大寮層沉積岩。參考南勢角地質圖幅,確認該區屬中新世(約2,000萬年前)地層,並自露頭處收集岩石樣本進行實地觀察與手工磨製岩石薄片、自製洗選設備洗選岩石進行分析。研究結果發現包括有孔蟲與角管蟲(Ditrupa)在內的多種典型海洋實體化石及生痕化石。此一發現證實該區在地質過去為海洋環境,甚至可能為高生產力的淺海海域。透過化石組成與分佈之觀察,可進一步探討該地層之年代特徵與沉積環境,對了解本地區的古環境變遷具有重要參考價值。
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蜿蜒曲折-矩形中心點連線之路徑轉折次數探討
本研究主要在探討𝑀×𝑀及𝑀×𝑁的矩形中,將中心點一筆畫連接後的最少及最多的轉折次數。在最少轉折次數的部分,我們使用直橫線數量法探討直線與橫線的數量,並找出與轉折次數之間的關聯,最後利用反證法進行證明;在最多轉折次數的部分,我們根據𝑀𝑀與𝑁𝑁奇偶數的不同進行分類討論,一開始先利用外圍擴充法找出圖形畫法,最後利用直橫線數量法完成證明。
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此研究探討「在𝑛×𝑛的正方形中L型、T型和O型任兩種四方連塊」及「在𝑚×𝑛的長方形中LO、TO 兩種四方連塊」的拼圖可行性規律。我們發現拼片組合的可能性與正方形邊長有明顯關聯,透過黑白格排列法找出可行的解與排法,並分析不同邊長下的規律與極值,做出分類。此外,研究問題延伸至不同邊長分類下的𝑚×𝑛長方形,我們找到「最小圖形」,如由2個O或2個L組成的𝐿𝑂2×4。接著,定義「中圖形」以分析LO與TO拼片組合的數量規律,如由4個L和一個𝐿𝑂2×4組成的𝐿𝑂3×8。透過將長方形切割成以上圖形、分析性質、找出一般化的公式,進而推導出矩形中LO與TO數量的極值規律。
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本研究以拿破崙定理為出發點,探討特殊三角形與其所構成的外接特殊圖形之間的幾何對應關係。我們關注三角形的外心、內心與重心所構成的「群心三角形」並進行其分析。 過程中,我們使用GGB進行圖形建構,建立不同類型的特殊三角形與四邊形所構成群心三角形。透過觀察與計算,分析兩個三角形之間是否具有關係並比較其面積比值。進一步地,探討旋轉角度對結果的影響,當外接的圖形發生變化時,群心三角形的結構性質亦會產生對應變化,並成功歸納出具規律性的關係式。 本研究加深了對三角形幾何的理解,也建立群心三角形在幾何理論探討中的新視角。此成果可作為幾何圖形研究的新起點,有潛力應用於生活上為未來幾何學的研究與教學提供了豐富的延伸空間。
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本研究從一道科學班入學考題出發,突破傳統代數解法限制,提出創新的幾何作法,並系統性推廣至更廣泛的圖形。透過將內接三角形分為【點邊邊】,與【邊邊邊】的兩種類型。結合使用 GeoGebra 進行作圖與輔助推理。使用正弦定理、餘弦定理與相似形等幾何原理進行推導。探討其內接三角形與周圍多邊形的面積關係。從長方形開始,逐步推廣與觀察,歸納出面積公式的形式,並進一步應用至其他凸多邊形,建立更普遍性的面積關係公式與解題策略。
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神秘的三角格局:塗色規則下的奇幻案圖
本研究在探討數學雜誌《Crux Mathematicorum》2024年公告的題目MA 288.所產生的方格紙圖案分布的規律。我們先解開該題,並透過繪製與分析不同大小的圖形,觀察圖案的規律,並利用此規律求出第 𝑛 列及前 𝑛 列綠色方格數的遞迴關係與一般式。 我們發現在𝑛×(𝑛+1) 的方格紙中,當𝑛為2的次方時,綠色方格圖案會形成一個類似謝爾賓斯基三角形的完整三角形,且每當𝑛增加2的1次方時,綠色方格圖案會利用自我複製的方式形成新的圖案。因此可以把𝑛轉換成二進位的表示法,利用二進位中1的位置與數量推論出方格圖案的樣貌與綠色方格數。 除了利用塗色的方式觀察規律外,本研究還將原問題條件轉換成不同的敘述,方便利用excel繪製圖案,將問題推廣到𝑛×𝑚方格。
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本研究使用幾何繪圖軟體,利用五條直線繪製至少三個三角形,進而探討這些三角形的相似、全等、五心與內部結構,分析其中存在的數學規律或幾何性質,主要探討為三角形的五心共線和重疊問題。本研究發現,五條直線有一定規則才能繪製出三到五個三角形,且特定畫法的三個相似直角三角形的外心會共線、四個相似或全等三角形的垂心會重疊、三到五個相似或全等三角形的旁心皆會共線或重疊。
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共頂點正多邊形共線蝴蝶對稱圖形性質及幾何不變量
基於Anubhav Mishra提出的尚未被證明問題:由基準三角形OAB之兩邊OA與OB生成共頂點O兩正方形,在兩正方形中選取兩組對應點,並做交叉連線相交於N點,則AB之中點M與O、N具有三點共線之性質(此線稱為共軛對稱軸)。首先提出此原題的不同證明,再推廣至正n邊形,並找到一般化的必要條件及廣義共線性質。 研究結果發現並證明:在正n邊形共線蝴蝶對稱圖形中,存在兩稜線在共軛對稱軸鉛直方向投影長相等,及其成形的臨界角範圍;蝴蝶翅膀種類公式、衍生類別及總數量;面積與稜線長的幾何不變量;基準三角形三邊對應之共軛對稱軸共點於其重心;當n為偶數,共軛對稱軸垂直特定共軛對稱點連線段。當n趨近於∞時,共線蝴蝶對稱圖形收斂到圓內接等腰梯形。
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