第54屆--民國103年

在強風中使用雨傘，很容易因風壓造成雨傘翻覆損毀，本創作之目的為研發一種新型的雨傘來改善這個問題，我們在雨傘上裝一些導流板形成氣動面，讓風壓的作用力有其他方向的分向量，藉以降低損毀雨傘的作用力，另外雨傘旋轉所產生的角動量，會形成陀螺效應，使雨傘具有水平穩定的慣性，讓傘面不易翻轉，我們也製作了新型的雨傘的樣品與傳統雨傘相比較，大約可提升28％的抗風能力，可使雨傘在風中更穩定也更安全。

透過自製的活動場及各類實驗，我們觀察並分析螞蟻的覓食行為及其路徑，證明螞蟻經過不同行走速率的介質時，路徑會產生近似光線折射的偏折角度。又與前人研究不同的是，我們不僅分析路徑的偏折現象、產生偏折的條件，更探討螞蟻路徑的形成過程與變化。研究發現其演變除了與費洛蒙有關，更會受到個體及族群經驗影響，顯現族群智慧的累積對社會性昆蟲的重要性。我們歸納出螞蟻覓食路徑從搜索，產生雛形，修正到定型的進程，並推論螞蟻會為了達到族群最大利益而做出最佳選擇。研究不僅窺察到螞蟻的覓食策略及族群內的合作，更結合了物理與生物現象。除了能用以探討生物的決策與群體行為，更期待能將模型發展成新的生物分析方法，具應用及發展價值。

藉由史隆巡天系統(Sloan Digital Sky Survey；以下簡稱SDSS)對147,920個星系的觀測，Dr. Iskra Strateva等人(Strateva et al. 2001；以下簡稱 S01)發現紅移(z)小於0.3的星系可分為偏紅及偏藍兩族群。並且，假設星系距離愈遠、紅移愈大則視星等愈大，S01分析推論偏紅的星系族群紅移愈大則愈紅，符合都卜勒效應結合哈伯定律對紅移的預期；偏藍星系族群則紅移愈大愈藍，與並不能單純以都卜勒效應解釋。S01解釋高紅移的偏藍星系族群恆星形成較活躍，多新生成大質量的恆星使得星系整體色澤趨藍。 S01分析並未直接採用星系紅移數據。因星系亮度與紅移的相關性尚受其他要素影響，使得S01的結論仍有不確定性。我們下載SDSS提供的573,688筆星系紅移數據，發現該樣本不論是偏紅或藍的星系，皆符合紅移越大越接近紅色的趨勢。

搜尋資料和文獻中，發現行軍蟻主要分佈於南美洲及非洲，如非洲的矛蟻（Dorylus orientalis）及中南美洲的鬼針游蟻（Eciton burchellii），在亞洲地區並不多見。但在大頭家蟻屬（Pheidole）中的有「亞洲行軍蟻」之稱的熱帶大頭家蟻（Pheidole megacephala）卻有類似行軍蟻的行為。我們這次的實驗主要是在觀察熱帶大頭家蟻所表現出來的行軍蟻行為，發現有許多相同處如：在獵食時，熱帶大頭家蟻的兵蟻會在兩側保護工蟻；如果遇到具攻擊行為的外來物種，熱帶大頭家蟻的兵蟻會趕在工蟻前進行攻擊。而且，我們試著利用熱帶大頭家蟻來防治紅火蟻，發現兩種螞蟻在同數量的情況下，熱帶大頭家蟻並不具有抵抗紅火蟻的能力，但仍值得我們深入研究。

校園中的二種糞金龜為地道型之糞金龜，分別為三瘤糞金龜及紅斑糞金龜。二種糞金龜皆有性別二型性，雄成蟲頭上有角，而雌成蟲則無角；在雄性糞金龜中又有形態二型性，體型較大的雄成蟲有角，體型較小的雄成蟲則短角或無角。二種糞金龜成蟲不同體型之雌雄配對，育兒糞團的數量與親代體型大小無顯著相關。體型較大且有角的雄蟲協助雌蟲築巢，會增加育兒糞團的重量及體積。若交配完即移走雄蟲，在無雄蟲幫忙的情況下，育兒糞團的重量則與雌蟲體型大小成正比。體型較大的雄蟲與雌蟲配對能製作較大的育兒糞團，而較大的育兒糞團能培育出體型較大的子代。所以，二種糞金龜的雌雄成蟲合作築巢之行為皆可增加其生殖成功。

彈簧有貯存能量與降低震盪等功能。藤本植物莖細長，利用似彈簧的卷鬚纏繞物體得到支撐。採集南瓜卷鬚，測量形態可知其結構分為基部、末端螺旋，中間以逆向纏繞區相連，兩者的長度、圈數、莖直徑無顯著差異，但基部螺旋的螺距與螺寬較末端大。利用公式導出卷鬚彈簧指數C，結果基部C值較末端大，具顯著差異，顯示基部螺旋較易產生形變。施加外力於卷鬚探討基部、末端螺旋的形變情況，以獲得卷鬚彈簧常數k，結果與理論推導相同。綜合理論與實測結果可知：若將基部、末端螺旋視為串聯彈簧，當植物體受外力干擾時，卷鬚吸收能量後，末端螺旋可降低震盪避免脫落，而基部螺旋能產生大幅度的擺動，幫助植物找尋新的攀附物，以獲取更多陽光與生長空間。

透過六年級「簡單機械」中的槓桿原理製作一台小型的投石器，來瞭解是否真的能像「王者天下Kingdom of Heaven」電影中的投石器那樣神奇，一投就能準確的命中目標。閱讀過其他人所做的研究，我們決定不以彈力來做力的輸出，而以載物的重力來當做力的輸出，以改善彈力不穩定的問題，以達到精準投擲，並用這次科展來實作驗證。 第一、二個實驗，利用改變載重和抛出物來探討，抛出物落地的距離。 第三、四個實驗，利用改變載重和抛出物的力臂來探討，抛出物落地的距離。 第五個實驗，利用改變投石器的高度來探討，抛出物落地的距離。 第六個實驗，利用投擲桿的角度來探討，抛出物落地的距離。 第七個實驗，瞭解影響我們製作的投石器準確度因素，並加以修正。

擦擦筆為何不需立可白就可以擦乾淨原來顏色，利用擦擦筆感溫變色的原理加上水黏土自製變色鼻涕蟲。 先由市售的擦擦筆分析調查開始，接著各種擦擦筆的特質，研究感溫材料的特質及與生活中不同材質物品的結合，研究感溫材料與水黏土的結合~感溫鼻涕蟲特質。 最後，利用研究結果，將感溫鼻涕蟲應用在生活上，製作實用奶瓶茶杯感溫器、引擎及電腦散熱器感溫器、感溫鑰匙圈、替代市售彈力球鼻涕蟲的感溫玩具及具環保實用功能的感溫牆壁等，藉由太陽光熱輻射讓牆壁產生變色效果，達到環保綠能永續功能。 由觀察生活中有趣的文具~擦擦筆開始，經歷一連串的研究歷程，歷經許多困境甚至發生爭執，科學發現過程中我們學會最重要的科學態度~謙卑。

本研究主要是在探討影響吸管飛機飛行遠近的因素及探究吸管飛機的飛行原理。我們自製發射器，並探討紙環材質、紙環形狀、紙環寬度、紙環周長、機身重量、重心位置及發射角度對吸管飛機飛行距離的影響。我們的研究結果如下：紙環材質選用不易變形的護貝雲彩紙；紙環形狀以正方形最好；紙環寬度需前環窄後環寬；前環周長需比後環周長小；機身不宜過重以及重心位置必須在中間位置最佳；而在我們的研究條件下最佳的發射角度為5度~10度。我們也發現吸管飛機能飛翔升空的原理是因為傾斜的紙環改變了氣流的流動方向，而被改變方向的氣流會施予紙環一反作用力，故吸管飛機能受到一向上的升力。

本專題藉由創意機構設計方法及流程，使用轉子及定子(一個正齒輪、一個內齒輪)及一個十字滑塊機構、輸出入軸等少數零件，來設計一個不同於傳統齒輪箱式的減速機。這個減速機中的正齒輪在內齒輪中做內擺運動，所以稱為內擺運動減速機。由專題的製作過程中，發現只要可以做內擺運動的二個運動對偶(Pairs)，都可以達到減速機的效果。另外本專題中又設計一個擺線轉子及針狀定子的減速機，不同於使用齒輪來做為轉子及定子的方式，來驗証內擺運動減速機的理論。內擺運動減速機最大的優點除了具備齒輪傳動的效率外，使用相同的零件數可以組合出不同的速比、結構緊湊、節省空間，不可逆性及全部零件自行加工完成，可以降低成本等優點。