全國中小學科展

第54屆--民國103年

「絕對不偏心」-酒架平衡重心的探討與廣用酒架的設計

在旅遊時看到一座特殊的酒架,上面的酒瓶看似漂浮在空中,而感到好奇藉此深入研究酒架。 影響酒架平衡的變因有,包括酒架的穿孔角度、傾斜角度、側面底面寬度和正面底面長度、酒瓶的長短大小、瓶中裝的內容物多寡等。在研究中,發現不同的酒瓶,會有不同的平衡範圍,酒架是有一個掛重的範圍的而不是一個固定值,當酒瓶越輕時,酒架的水平夾角要越大甚至接近90度,較易達成平衡;當酒架傾斜角度加上穿孔角度,如果大於或等於180度時就一定不能平衡,當左右力矩大約相等時,重心落點就會落在酒架的底面範圍中而平衡。 我們利用齒輪來改變穿孔角度,與可拆換的傾斜角度控制板來改變底面積及水平夾角,成功做出一個能置放多樣酒瓶的廣用酒架。

代代相傳-迭代勾股數之猜想

這份研究旨在探討「勾股數迭代公式」的問題,並驗證「由『勾股形』可得到三個相似的矩陣來生成『勾股數迭代公式』」的猜想。研究的結果是以『勾股形』得到不同的勾股數關係式,接著以這些不同的勾股數關係式作迭代運算,得到了七十八個不同的勾股數矩陣迭代公式,再將具有相似矩陣的公式歸為同一類,則這七十八個公式共可分成二十六類,每類皆有三個公式,由此證明了勾股數迭代公式的猜想。在研究過程中,我得到了一般的勾股數矩陣迭代公式。

被禁錮的軌跡-探討簡諧動點之中心軌跡

本篇研究主要探討角速度相同的數個簡諧動點之質量中心的軌跡。我們先從兩分別在不同線段上做簡諧運動的動點 P'、Q'之中點M出發,觀察並研究出其軌跡範圍,接著推導出其軌跡方程式。同時進一步分析不同線段相交情形之間的關聯性。另外我們討論 P'、Q'有權重的情況,此時M為P'Q' m:n內分點,發現結果與中點情況十分類似。 接著,我們研究三個動點的情況,觀察三動點重心的軌跡圖形,進而推廣為k個動點,此外我們也做了初步的三維推廣。

逆流而上

若將物體放在容器中,從上方開啟水流,物體不會下沉,反而迅速上浮!我對此感到好奇,便展開了研究。 我首先實際操作實驗,發現物體受力越大,上升速度越快;流體雷諾數越大,物體上升速度也越快。再以「COMSOL Multiphysics」模擬研究,獲得此現象之詳細資料,發現此現象有許多不同的流動模式,也得到和實體實驗等價的結果。 此現象可應用於農作物揀選與清洗之機械,揀選精細度達到一公克以下,有極高的應用價值。

來去山頂「Sian」海風

由於爸爸說大肚山感覺寒冷是因為『Sian』海風的關係,讓我對海風產生探索的興趣。研究中除對海風、風冷溫度定義外,亦以實驗模擬海風形成的原理、影響等,並以空軍氣象聯隊、空氣品質監測站及中央氣象局等2008-2010年的監測資料作為相關研究的數據來源。研究發現大肚山上感覺寒冷並非是因為『Sian』海風的關係;大肚山除夏季盛行南風外,北北東為其他時間主要出現的風向;白天出現海風的機會較夜晚高;夏季以12-16點為海風盛行時刻等。最後並提出海風對於我們生活上的影響及建議,如海風可以緩和大氣溫度,有海風時要特別注意防曬等。

省電與照度的平衡-日光燈具的三維照度之實驗

在日常生活中,任何活動幾乎都離不開電能,而照明是占所有電能消耗中相當重要的一項。許多室內場所都使用了輕鋼架與日光燈箱來做照明的設計。因此我們這次便設計了一個實驗,利用智慧型手機上的光照度感應器,配合APP軟體,來研究各種的日光燈箱位置組合,與空間中不同位置照度的關係。同時,最近有許多場所為了節約能源,會將日光燈箱中的部分燈管拆除。因此,我們也以這樣的方式進行照度測量。實驗中我們得到各種輕鋼架日光燈箱組合,在空間中不同位置所產生的照度,同時探討拆掉部分燈管時,對桌面照度所造成的影響。最後再進行T9日光燈管(傳統)與T5日光燈管的照明面積、照度與用電量的比較。

五顏六「色」,「跑」為上策

我們可以看到新聞上時常有很多地方在舉辦彩色路跑,路跑增添繽紛色彩雖然有趣,但在環境與健康的考量下,也讓人產生疑慮,這樣會造成環境污染嗎?對人體會造成傷害嗎? 透過驗證過程,首先我們調製不同顏色、濃度的色素水,用來澆淋植物後,觀察色素對植物是否有影響;將彩色路跑粉末撒在豬皮、豬肝上,觀察路跑粉末對人體是否有影響;另將路跑粉末撒在棉布及水泥塊上,觀察路跑粉末對環境有沒有影響。 經過一段時間的實驗,我們發現路跑粉末,除了將皮膚、衣服、植物的根和莖染色,對環境也容易造成汙染、不易清理。所以我們也許可以藉由此實驗結果,提倡只要「健康路跑」不要「傷害」,確保一個永續經營的環境。

磁性去塵靈黏土的重新組合及應用

市售去塵靈是一種清潔軟膠,其能有效沾黏鍵盤細縫的灰塵,但對於深層細縫的灰塵仍無法清除,於是從科學玩具—磁性黏土發想,結合鐵粉和自製去塵靈,重新組合成「磁性去塵靈黏土」,研究出更佳的清潔效果,並探討新的加值應用。 我們發現:(一)市售去塵靈加入鐵粉後,黏性、延展性和吸附力不會受影響,有一樣的清潔效果。(二)可自製與市售去塵靈一樣性質的去塵靈,並找出最適當的配方比例(三)透過磁鐵的吸力,磁性去塵靈黏土可以吸附底層細縫的髒污。(四)磁性去塵靈黏土最適合應用在管線清潔。 並研究利用電磁鐵可以發揮強效磁力與控制磁力的特性,放置在管線兩端以輔助管線內磁性去塵靈能均勻受到磁力,使其在管線內移動清潔。

生「蓴」感「碳」-不同pH值酸化海水與石蓴交互影響之研究

本研究實際調查中部海域沿岸大型藻類生存現況;探討以CO2及硫酸、鹽酸所誘導的酸化海水對石蓴光合作用之影響;評估石蓴對酸化海水pH值回升的貢獻;觀測不同CO2誘導的酸化海水對石蓴生存之影響。結果顯示CO2誘導的海水在pH值8~6內,有助於石蓴相對產氧率之提升(最高319%);但若酸化至pH5時,則明顯受到抑制(26~37%)。以硫酸、鹽酸誘導的酸化海水, 在pH6以下愈酸,產氧量亦隨之遞減;pH3~2可使石蓴立即受損。石蓴可直接利用碳酸氫根作為光合作用的碳源;單純的H+濃度增加,並非產氧量減少的主要原因。海水過酸(pH5)會促進石蓴主動吸收H+。CO2誘導的pH8~6酸化海水初期可促進石蓴生長,但長期(42天)仍使其白化萎縮;當海水酸至pH5時,短期內即導致石蓴白化死亡。

早生貴子-早花生發芽率與產量之研究

村子裡家家戶戶都在種早花生,早花生指的是農曆年前就播種,生長期約120天的花生種植方法,由於早種天氣較寒冷,且生長期較短,早花生發芽率與平均產量都比普通花生低,所以,這個研究的主要目的,就是找出一種能提高早花生發芽率與平均產量的種植方法。經由實驗結果,早花生應該先以飽滿種子、用不織布為材質先催芽,催芽時要阻擋光線與覆蓋溼布,約6天後發芽率就可達100%,然後在農曆年前(102年是國曆2月10日以前)將催芽完成的種子種進泥沙地裡,再施肥,這樣可以獲得較高的發芽率與產量。另外,若要使用成本較低的萎縮種子催芽後種入土裡,也可用相同方式種植,其催芽發芽率也可達100%,只是催芽時間大約要10天。