全國中小學科展

第55屆--民國104年

應用3D列印於縮尺建物耐震試驗之可行性探討

台灣對建物安全與結構防災的意識提升,為達到處於地震頻繁的臺灣具有居住安全,目前建案多強調房屋結構中加設制震系統以達到減震效益,因此國震研究中心投入相當成本進行耐,因此國震研究中心投入相當成本進行耐,因此國震研究中心投入相當成本進行耐,因此國震研究中心投入相當成本進行耐震試驗,而透過本專題去探討此一耐震試驗於研究架構之可行性。 本研究目的係利用3D列印技術進行縮尺建物之耐震試驗,並透過數值與實驗模擬不同地震波下,比對3D列印模型之頂層加速度與位移歷時是否有相同之變化趨勢?並討論他們在實驗後各方面的特性差異並做比較,藉由結果數據,以「效益值」、「嚴謹度」、「合理性」三點進行討論出耐震試驗之可行性,其結果在長週期之針筒阻尼有顯著之制震結果趨勢,唯利用熔絲製造的3D列印方式較無法達到元件具有理想的結構力學行為。

盛夏之秋,「苦楝」的「趕孓」

本實驗研究期盼以天然植物藥劑取代化學藥劑來撲滅孑孓,並應用至日常生活中。先針對孑孓的生長環境與pH值來探討,發現孑孓在春、夏的數量較多,其生長環境pH值的範圍為7.1~8.1,喜歡中性偏弱鹼。找到孑孓的水質大多呈現清澈透明黃色,其在原水(孑孓原本生活的水)、自來水與魚菜共生水的存活狀況良好。實際效用方面,搗碎加入苦楝樹果實、曬乾苦楝樹葉子與苦楝樹果實萃取液撲滅孑孓的效果最好,可達到100%的撲滅效果,並製作『苦楝滅孓茶包』與『苦楝滅孓噴液』,依照實際狀況的需要,預防性投入『苦楝滅孓茶包』或噴灑『苦楝滅孓噴液』以防治孑孓孳生;若積水容器產生孑孓時可用來撲滅孑孓。此外,苦楝樹樹脂可以溶於水,並發揮創意製作仿琥珀的作品。

「鏽」出色彩

在六上自然課第三單元「防鏽與防腐」的鋼棉生鏽實驗,我們發現水、鹽水、糖水、食用醋產生的鐵鏽顏色各異,為了找出影響生鏽顏色的因素,便著手進行一連串的實驗研究。結果顯示:溶液的種類、pH值、濃度以及生鏽的時間皆會影響生鏽的顏色,而且不同顏色的鐵鏽與磁鐵的吸力強度也不同。

大法「溼」的魔法開關-以不凋花製作仿生開關

有一些天然的乾燥花—急凍花及蠟菊,澆水時花會閉合、乾燥後又會再度開花,本研究探討其連續開閉的構造及機制,並利用其特性製作自動澆水器。 研究發現控制反覆開閉的關鍵位置在於苞片近基部的轉折處,該處是水份的入口,吸水時細胞變長,使背側增長,導致花閉,失水時細胞變短,使背側變短,導致花開。形變角度受其材質特性、空氣含水量及溫度影響,具有Hydromorph現象。 本研究以蠟菊的苞片製作濕度感測器,利用其形變,控制澆水器的開與關,配合春夏秋冬不同的溫濕度及植物的喜濕性,調整感測器的通風程度,可控制澆水頻率,下雨時,則自動關閉並調整澆水節奏。以植物的素材作感測器開關,感測和控制一體,可環保省能。

壺底「糊塗」~藤壺黏著劑的探討

暑假去澎湖玩的時候,意外的發現巨大的礁石上面都黏滿了一種具有堅硬遺骸的「生物」,他們到底是分泌出什麼樣的黏液才能使自己黏在那裡呢? 我透過不同水溶液與藤壺遺骸粉末的交互作用中,瞭解藤壺粉末的特性、黏滯性,藉由純化作用在顯微鏡下觀察黃色物質,也利用蛋白質測定劑測試,發現藤壺遺骸的底部秘密。 探討藤壺底部黏著的可能成分。 藉由在加水或酒精或清醋藤壺糊狀物的磚牆(木牆),進行重物敲擊實驗,結果發現清醋的牆面最堅固,其次是酒精的牆面,水的牆面最脆弱。

任意門:隱藏式連動安全門擋

「門」是每天生活中必須接觸的屋內設施,一天之中總要開開關關好幾回,但每當遇到風大時候,不小心就會發生加速作用,『碰!』的一聲,如雷貫耳!基於此一日常生活體驗和自學校教室觀察到門擋損壞情形,發現門的使用實有其不便之處與特殊需求,於是構思具備構造簡單、耐用,又能將門打開固定於任意位置的裝置。 作品優點與特色為: 1. 簡易的結構設計、周全的功能考慮。 2. 能避免破壞性施工,不需於牆壁或地板上鑽孔。 3. 人性化設計,配合轉動門把帶動門擋裝置,即可將門打開固定於任意位置。 4. 安全性考量,可防止誤推拉的情形,並能適應不平整的接觸面。 5. 增加第三支點的防暴力設計,功能更完備。 6. 隱藏式設計,維持門板原有外觀,操作方便具實用性。

k等分凸多邊形面積之實例說明及推論

過任一點作射線k等分凸多邊形面積,需先考慮點的位置,隨著點的位置不一樣,作法有些許不同。

翻轉世界-12解遊戲

我們主要研究一個有趣的數學摺紙遊戲:透過切割6解中空卡創造4款12解中空卡-長方形中空卡、長方形切割中空卡、逆斜中空卡、斜中空卡。 我們是最先發明12解中空卡遊戲的,4款12解中空卡都值得深入研究,本研究小組先選定12解斜中空卡作深入研究,至研究結束找到斜中空卡摺成正方形的組合數4760個,創作6解中空卡無法達成的12生肖、12星座等主題12解斜中空卡。 我們拿12解斜中空卡給同學玩,同學玩到連走路都捨不得停下來,於是我們繼續創造了幾何卡、乘法卡、分數小數卡、等值分數卡、加法卡等12解斜中空卡,將12解斜中空卡應用於數學學習,進一步統計加法卡和數4~48的摺法共計521種。

「生」生不「熄」!生質柴油的製作與應用

處理回收油最有效方法之一是製作成生質柴油,我們以新鮮的芥花油為原料,建立生質柴油製作程序,也嘗試將坊間小吃店的回收油製成生質柴油。研究發現,油加熱的時間越久,酸價就越高,可是酸價的高低不影響製成生質柴油的品質,但油品的乾淨程度或酸價高低會影響到生質柴油的產量。生質柴油在低溫時黏性高流動慢,可能會造成油管的阻塞;生質柴油的沸點高於柴油和酒精,相對的安全性也比較高。燃燒生質柴油時,提供的熱值比柴油多40%,產生的黑煙卻比柴油少。生質柴油的應用,除添加於柴油外,我們試著在酒精中添加一定比例的生質柴油,以改善酒精燃燒時火焰顏色不明顯的安全性問題。我們也試著收集碳粒製成墨汁,效果也不錯。

空間穿越-油滴二次觸水的穿透現象

入射油滴(母油滴)與水面第一次碰撞時並不會穿透水面,但碰撞過程所產生的液柱會震盪,我們發現若液柱震盪過程中有產生分離的油滴(子油滴),則子油滴落下時跟液面進行第二次碰撞,在某些狀況下會發生穿透液面的現象,但母油滴高度並非愈高就愈容易產生可穿透液面的子油滴,經由觀察結果顯示,子油滴是否可以穿透液面與觸水時液面振動方向有關。另外我們也觀察到水面的溫度對子油滴穿透的影響非常小,但加入清潔劑的液面比較容易被子油滴給穿透了,另外我們試著縮小母油滴的體積,來觀測子油滴穿透液面的狀況。