全國中小學科展

第54屆--民國103年

軌道下陷與車輛振動頻率偏移之探討

臺灣高速鐵路因地層下陷而有行車安全的疑慮,每年耗費數千萬來嚴密監測地層沉陷。 本沉陷的測量利用商務筆記型電腦中的加速度感測器,來記錄列車行進地層下陷處的電壓變化,透過QCN Live軟體轉換成加速度值,並分析高速鐵路經過地層下陷地點時的運動狀態,以耦合系統的物理模型並用KBM漸近法分析並描述得到資料與計算沉陷值。 透過全線測量,訊號的可靠性,高鐵苗栗麻園坑段反覆驗證,物理模型的適用和正確性,計算沉陷值,也在誤差的合理範圍內。 由此顯示,此沉陷的測量方法是可行的。尤其相對於傳統的人工測量方法,這個方法更有利於迅速地測量高速鐵路地層下陷,發現轉向架避震器的異常,防範事故於未然,更可節省大量的人力與物力。

生於「優」患,死於「氨」樂-西莒水庫資源調查

(一)菜埔沃水庫停用的原因為水質污染造成,本次研究判斷為垃圾場與軍營汙水流入導致。 (二)由實驗數據可以推斷,水質污染導致水庫優養化,造成微生物大量繁殖,濁度、葉綠素、卡爾森指數皆以超標。 (三)觀察到的微生物有水蚤、線蟲、新月藻、星盤藻、單胞藻、四聯原藻、剛毛藻、團藻、劍水蚤、藍球藻等。

液滴一滴,不留痕跡-水滴下滑與終端速度的探討

經過一連串的實驗,發現固定斜面傾角時,水滴在金屬板上能穩定下滑的質量有一定範圍,利用光電計時器測量後,發現水滴會在金屬板上達到終端速度,終端速度與不同的質量、不同傾角還有水滴與斜面間的接觸面積有關。利用高速攝影機觀察沾有衛生紙屑水滴,可以看出水滴內部的運動情形可以分為前端的滾動及後端平移兩種,表面則是如履帶般由表面張力所帶動。

「聲」動凌「波」舞

一種利用聲音舞動的小玩具「聲動蛇舞」-- 將毛根隨意盤旋成蛇狀做為舞者,放在杯身被剪出孔,且倒扣成杯底朝上的舞台杯之上,當嘴巴湊近杯孔,持續發出「嗚 ~」的聲音時,蛇會出現舞動的現象。但它為何會舞動?要如何做,才能使它舞動順利?這之中所牽涉到的因素,除了需考慮到舞者的結構外,還牽涉到舞台杯的構造,以及聲波對它的影響。

開心眼-小心眼的不小心眼探討超音波偵測對於盲友的保護機制

利用超音波感測器的發射器裝置持續發射出超音波的原理,當撞擊到物體後超音波會反射回來,再由超音波感測器的接收裝置接收。由物理學可知超音波發出到接收的這段時間是超音波由發射端到物體來回的時間。所以把這時間差除以二再乘以音速,便可計算出待測距離。像是市面上所販售的倒車雷達也是這方便的應用。我們所做的智慧型白手杖就是以此為基本原理作為前方障礙物的偵測機制。 除此之外,我們還幫盲友們考量了頭部的防撞機制,把第二組超音波感測器安裝到帽子上面,偵測頭部高度得障礙物。以及加入第三組超音波感測器,作為階梯落差偵測。最後我們考量到犬隻對盲友的威脅性再加入驅狗裝置,可發出狗不喜歡頻率的超聲波。

水電交融

一般來說,水難以帶電。但將高電壓的靜電通入流動的水中時,可以發現水柱散開的現象(圖一、圖二)。為了描述此現象,我們訂出了兩個物理量:散開距離(水柱長)(圖三)與散開張角(圖四)。為了研究此現象,我們做了基本性質的探討與實驗,結論如下。 基本性質探討的結論: 1.電流不改變水流量 2.水柱散開的機制分為截斷與甩動 3.電流與水流量不影響截斷的水滴大小 實驗的變因: 1.通入電荷量(電流) 2.水流量 3.表面張力 4.液體導電度 實驗的結論: 1.散開距離隨著電流增加呈指數下降。 2.散開張角與電流呈高度正相關。

鉛金一髮~利用自製的光度計與奈米金檢測溶液中鉛離子的濃度

為了能快速且低成本地檢測工業廢水中鉛離子的濃度,本研究利用奈米金溶液遇Pb2+會產生顏色變化的特性,搭配自製光度計,成功地檢測鉛離子溶液中Pb2+的濃度,靈敏度可到5x10-5M;若再搭配沉澱法,便可將鉛離子從重金屬混合液中分離出來,並單獨檢測其濃度;本組在實驗上模擬了工業廢水,配製出同時含有Pb2+ 、Cu2+ 與Ag+的重金屬混合液,並成功且準確地偵測了鉛離子的濃度;利用本研究所發展出來的沉澱流程,若混合液中同時含有Hg2+、Cd2+、Ag+、 Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+與Pb2+等重金屬離子,仍可成功偵測鉛離子濃度。 此外,本研究利用自製光度計檢測出奈米金結構易受低溫(0℃以下)、酸與電解質的影響,但較不受到高溫、鹼與非電解質影響。

善變的水

我們的實驗首先對水的溫度與體積、密度之間的變化關係作印證。接著以兩種降溫的方式作觀察,第一種是從水面冷卻(模仿自然界,冷空氣在湖面使湖水降溫),紀錄水在降溫過程時,上層水與水底的溫度變化,從而了解水體內部的對流過程。第二種是從水底冷卻,再紀錄水面與水底的溫度變化,並比較與第一種冷卻方式的差異。最後再以簡單且實際可觀察到的實驗來證實水的對流過程。

危險的距離-死神的區域內輪差

隨著時代進步、交通便利,常在電視、網路與報章雜誌上,看見許多發生車禍的新聞,無論行走或騎機車,尤其在十字路口等紅綠燈時,明明有段距離,會不經意的被旁邊轉彎的車輛擦撞到,當汽車在轉彎時,前內輪和後內輪所經過的輪跡,也就是內側前後二輪輪跡的幅度,叫做內輪差,我們在此探討,什麼是內輪差及那些因素會影響內輪差,到底與大型車輛的距離應保持多遠,才能避免擦撞和不必要的交通事故。

隱形劊子手-紅娘華動物行為之研究

大紅娘華屬於漸進變態昆蟲,生活史為卵→若蟲(經過五齡)→成蟲(從卵到成蟲約79日)。 生活於低海拔的水田,為水中掠食者,以水中小動物為食,偏好吃食蝌蚪,主要以視覺(但無法感受到靜止不同的獵物)及獵物的震動來偵測獵物,視覺偵測極限距離約8cm,水平偵測角度約232.94度(左方加右方),垂直方向約173.68度。出手攻擊的時間僅約1∕7秒,有效捕捉到獵物的距離約為1.591cm,約前足長的1∕2。體型愈大的獵物,被麻醉昏迷的時間也愈長,會多處注入麻醉液讓獵物進入昏迷狀態。隨著食餌密度的增加,其捕食量也增加,但食餌密度愈大,其處理時間愈短。溫度愈高(30℃以下)其捕食率也愈高,偏好棲息在泥土的環境,藏於底土裡,等待獵物上門,為坐等型獵食者。