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第55屆--民國104年

震不震「阻」了就知道─從阻尼器看地震對鋼骨大樓的影響

我們的實驗主要是研究在地震時,什麼方式可以使建築物較穩固不容易倒塌,使用頂點珠及造形棒來模擬各種形狀的鋼骨大樓,設定的鋼骨大樓形狀有三角形、正方形、長方形、正五邊形、六正五邊形、L形、T形及H形等。結果顯示大部分鋼骨大樓的形狀設定在最長的邊與地震方向平行時振動幅度比較小;鋼骨大樓的重心在高樓層時振動幅度較小。我們也利用彈簧原理、槓桿原理及磁力原理分別自行研製了彈簧、槓桿及磁力的阻尼器,實驗結果發現彈簧阻尼器在X軸的避震效果較好;槓桿阻尼器在X軸及Z軸的避震效果較好;磁力阻尼器則是在X軸(東西向)、Y軸(南北向)及Z軸(垂直上下)都有不錯的效果。三種自製阻尼器各有所長,也確實能達到減震的效果。

星際效應中的憤怒鳥

由電影「星際效應」所引發的好奇心,我們開始了這次對重力彈弓的實驗與研究,共設計了三種實驗裝置:一、馬達、鋁盤、強力磁鐵及滑軌組成的引力裝置。二、壓克力材質的的實驗平台。三、可調整鋼珠從不同高度滾落的凹槽滑梯裝置,利用這三種裝置我們可以進行重力彈弓的模擬與分析。

晶奇再現-天氣瓶的結晶探討與改良

為探討風暴球結晶變化之因,我們先對硝酸鉀、氯化銨、樟腦與其混和溶液進行微觀、肉眼觀察與X光繞射檢測,結果發現,樟腦與氯化銨構成羽毛狀晶形,硝酸鉀為羽毛間的結晶核,故三者相混和的羽毛狀晶形最為清楚。 再藉由進行多溶質溶液與低介電常數溶劑測試時所學的知識來製作風暴球,然後再對自製風暴球進行結晶因素的探討,結果發現,結晶變化與光照度、光顏色、聲波頻率、電流、接觸材質、濕度與氣壓無關,也無預測功能,只與溫度、溫度下降速率與溶解次數有關。 最後,再以甲基紅、廣用指示劑與自製色度計來改良自製風暴球,成功製造出一成本低廉、適合台灣天氣、顏色可隨天氣改變與可當作簡易溫度計的變色風暴球,為風暴球增加趣味性與實用性。

寒暖霜晶透春秋~探索天氣瓶

本篇報告從天氣瓶的基礎認知著手(第一部分),藉著增加天氣瓶的鹽類、藥用酒精之含量(第二部分),找出每一種物質對配方溶液的影響;接著減少水分,發現水分對天然樟腦藥用酒精溶液的析出溫度有增加的趨勢(第三部分)。由前方探索,我們用找到的規則性,製作對二氯苯藥用酒精溶液,並添加水分,增加析出溫度,做出第一種系列結晶溫度的水晶腦天氣瓶(第四部分),最後找到萘片結晶相關條件:在酒精中增加丙酮,減少析出溫度,終於得到第二種系列結晶溫度的萘片天氣瓶(第五部分)。 以原配方天氣瓶為主軸,統整查詢的資料,改變不同的物質,我們發現不同天氣瓶的內容物溶劑比例對析出溫度有規則性,可以推算公式,做出各具特色的美麗天氣瓶。

受「壓」的豆芽「漢草」好

自然生長下的綠豆芽與市售的綠豆芽有很大的不同,好奇心驅使下決定研究如何不使用化學藥物種出粗短的豆芽菜,一開始使用一般有機栽種的方法,在綠豆上施以重物,但長出來的豆芽與對照組無差異,後來發現是氣體造成豆芽粗短,因此栽種綠豆芽時,較不通風的環境是重要的。在顯微鏡下自然生長的綠豆芽莖細胞明顯較香蕉皮180g處理的綠豆芽莖細胞小,因此乙烯能使綠豆芽莖細胞擴大而造成粗短的現象。本研究提供了兩種在家有機栽培綠豆芽的兩種方式,重量加壓法:每75顆綠豆需要3.1g/cm2~4g/cm2的壓力,與香蕉皮處理法:每75顆綠豆需要160g~200g的香蕉皮,這兩種條件所種出來的綠豆芽最接近市售標準,且無化學藥劑殘留的疑慮,且環保方便。

甜蜜來「靛」--靛胭脂的氧化還原反應

甜蜜來『靛』實驗俗稱振盪紅綠燈,是以氧氣作為氧化劑、葡萄糖為還原劑,使靛胭脂溶液在鹼性環境中因為氧化及還原產生不同顏色變化的可逆反應。我們發現葡萄糖濃度及溶液pH值會直接影響反應速率,其速率定律式為:R還原 = k[IC]0[C6H12O6]1 [OH-]1;若是振盪反應停止,可添加新鮮靛胭脂使其再生。此外,不同種類的還原劑會使此反應產生不同顏色,如還原力強的乙醛、丙醛會使溶液呈現橙色而不再變化。利用此振盪反應作為示範實驗的最佳化條件為:1.2%C6H12O6(aq)、0.5M NaOH (aq)的溶液50 mL,加入2.0 mL、1.0%靛胭脂溶液,第1次振盪時間約12~15分鐘,第2次循環開始其速率會增快,時間約縮短至5~8分鐘。

瞭解它,「笛」確可以DIY

我們學校是少數有國樂團的學校,在小二升小三時,就可以參加國樂團了,到了三年級的音樂課,也開始學習直笛吹奏。在國樂團眾多的樂器中,就屬笛子,每次都是報名人數最多的,究其原因為它是入門樂器中價格較便宜的,構造極為簡單,卻能吹奏出美妙的音階。 在學習一段時間後,我們觀察到笛子粗細及長短,對聲音的高低有影響,為什麼笛子的直徑、長度或笛孔的大小及位置不一樣,吹奏出的音階就會不同呢? 我們嘗試製作許多PVC水管笛、並分別做了不同直徑、長度、笛孔大小及位置的四項實驗後,根據研究發現,以PVC管來製作笛子,直徑較大的可吹出低音,直徑較小的可吹出高音;而笛子的長度改變,也能使聲音產生變化,長度越長,笛音是越低音的。

學校的飲用水乾淨嗎?

學校的飲用水有「立式」和「噴式」飲水機。本研究的水質檢驗標準是酸鹼值、雜質和總菌落數。飲用水都經過相同過濾系統所以雜質很少,在不同的機型、溫度、時間和放流下幾乎沒差異。「立式」酸鹼值高且總菌落數低;「噴式」酸鹼值集中在7.0~8.5但總菌落數高。冷熱水的酸鹼值差異不大,熱水煮沸消毒,可以降低總菌落數。較長假期和機器壞了會影響水質,需要統一放流或清空儲水槽重新加熱殺菌。酸鹼值星期一比星期五高,「立式」差距大,「噴式」都合乎標準,差異不大;早上和下午的差異不大。總菌落數星期一比星期五高,大部分早上比下午高,使用率高會降低總菌落數。冷水放流後總菌落超標情形有下降趨勢。熱水放流效果顯著,0秒到10秒減少得最明顯。

微型風力太陽能自行車警示燈方向燈

本作品以夜間騎乘自行車時的安全作為研究方向,由於在夜間騎乘腳踏車時如果沒有足夠的照明設備常常會發生意外,故我們將警示燈加在自行車帽上,以增加夜騎時的安全性。顧慮到轉彎時的安全,我們也將左右方向燈加裝到安全帽上。加上現代環保意識的提倡,所以本作品以太陽能及風力等再生能源作為電力來源,在白天或是光線充足時太陽能板會對電池充電,在騎乘腳踏車時平均風速達到4公尺/秒(以自行車平均時速15公里/小時)的條件時也會充電,本作品不僅可保護自行車使用的安全,也結合了綠能環保的概念。

揭開銅翼眥木蜂及跳小蜂的神秘生活史

從103年春天起,密集觀察銅翼眥木蜂(Xylocopa tranquebarorum (Swederus, 1787))築巢情形,幼齡期約16.5天;初蛹期為乳黃色,約9.6 ± 1.1天後變為黑色蛹,全蛹期約需18.7 ± 0.7天。 羽化後在巢內等待翅膀變硬時,需藉由滑動及亞成蟲之間的抱抱、翻滾讓碎屑清理乾淨。從羽化到離巢約需7~14天,從鑿巢洞至亞成蟲離巢約需2個月。 研究發現部分木蜂幼蟲被長索跳小蜂(Anagyrus)寄生,幼蟲被寄生率24.7%(N=166)。寄生的跳小蜂體長為1.94 ± 0.41 mm(N=40),每隻被寄生的木蜂幼蟲體內的跳小蜂約有665 ± 237隻(N=20)。 銅翼眥木蜂的繁殖前期、中期及後期幼蟲的被寄生率0.0%、5.9%及32.2%。11月中旬,銅翼眥木蜂及跳小蜂的族群數量達到高峰,木蜂的族群受到跳小蜂的抑制,同時也進入度冬期。