全國中小學科展

高級中等學校組

好一個「基因」— 十字型橢圓規的推廣研究

本研究中討論了橢圓規的性質,從中提出「對基因進行操作」的觀念,而先將圖形推廣至其他它二次曲線乃至一般曲線,發現其操作模式都和線性變換有關。接著,將反演變換引進操作中,考察其性質。最後,基於上述研究心得,對一些特殊的基因(如常數基因、直線基因、二次曲線基因)及特殊的幾何操作,例如三角形的外心、重心、垂心、內心,甚至費馬點之軌跡加以考察,而發現軌跡除了二次曲線外,尚有一些有趣的曲線。最後,我們也發展出三條線以上的斜角橢圓規或曲線規,而能附帶地以之設計製造美妙的圖案。

茶飲杯薄膜去除自動分類裝置

茶飲杯在飲料喝完後,使用者無法將薄膜割除,以致於茶飲杯亂丟,大杯與小杯無法分類,薄膜未除造成無法堆疊,造成垃圾佔的空間增大,使垃圾場一座一座蓋,塑膠杯與紙杯又同在一起,造成環保人員疲於奔命,問題一大堆… 本研究即想要在一個集中點收集數量很多的茶飲杯,製造出一台機器,能解決茶飲杯造成的環保問題,無論大杯或小杯,也無論是紙杯或塑膠杯皆能自動分類堆疊成一堆,讓環保人員輕鬆的處理茶飲杯的問題,讓垃圾場減量,解決環保問題。 本研究讓操作人員將喝完的的茶飲杯,無論是紙杯或塑膠杯,無論是大杯或小杯,都能自動除膜、自動分類與自動堆疊,這一部機器做出來,是解決茶飲杯無法分類的好方法,符合環保理想。

閃爍燈之循環性質研究與探討

n盞燈排成一列,最初將某些燈點亮,在每次操作,將上一次未亮且其旁邊僅有一盞燈是亮著的燈點亮,並將原來亮的燈熄滅,欲找出一種亮燈方式,使得此n盞燈無論操作幾次,至少存在一盞燈是亮著的。本作品旨在研究n個燈直線排列的循環性質,並把排列方式推廣到環狀、矩陣及三維陣列。研究中我們發現一種特別的最短循環集型式,是由若干個全0子狀態列去串接基本型2循環集,形成複合基本2循環集,進而找出所有排列大小的2循環集。而「可逆性判斷法」與「l循環集建構法」可幫助我們探討各種循環集之存在性。最後,改變操作規則為「將上一次未亮且其旁邊恰有k盞燈是亮著的燈點亮,其中k=2,3,4 」。閃爍燈的循環性質可應用在各類流量之自動調節系統的設計。

城式尋堡

本作品旨在研究一道塗色問題:在一個m×n的棋盤中對任意格子塗上黑色,相鄰方格(有共同邊)不同時塗色的所有方法數。過程中,我們運用二維的城堡多項式的概念來進行研究。首先,我們推出1×n、2×n 單色及1×n多色的方法數及公式。再來,我們嘗試估計m×n 單色及多色著色方法數的上界及下界。接著,我們針對它的一些性質做討論。最後,我們用程式跑出答案,並印證我們的推論。

輕功水上飄

楊氏方程式的接觸角大於140度時,滴下去的水滴不會跟培養皿上的肥皂水融合,而是產生超疏水性現象,實驗顯示當水滴落下高度為1cm時,水滴最容易成形,成功機率最高,因為邦德數大於1,表面張力之影響不納入考量,所以濃度對水滴成功率幾乎沒有影響,而頻率則是受到了單位時間內水滴所受波形向上的力F/t之影響,進而影響到水滴成功率

顆粒體大逃亡

本實驗在開口限縮之傾斜軌道上放置障礙物,觀察顆粒體於軌道上的流動現象。當單一障礙物在軌道上特定位置時,可明顯增加顆粒體的平均流率(最大可增加達無障礙物時的55%),但此位置範圍很小。障礙物在此範圍內時能有序分流顆粒體,且在分析後發現,可由顆粒體直徑、障礙物尺寸、開口寬度及邊界與開口的夾角推導出障礙物擺放位置範圍的方程式,但障礙物的幾何形狀會有所影響。障礙物放置於不同位置時,開口處的顆粒體流動狀態可分為兩類:「密集流態」與「稀疏流態」,兩流態間有一轉變的臨界值存在,類似於液態與氣態間的相變。最後,發現雙障礙物比單障礙物更能提升顆粒體的平均流率(最大可增加達無障礙物時的60%),值得進一步探討。

挖掘運動研究與操作改良

時機歹歹,工作愈來愈難找,社會新鮮人的平均薪資每每下降。但您知道嗎?有許多傳統產業相當缺人,且薪資誘人,這些工作的資深人員通常稱為「師傅」。但這些工作的特性是「辛苦且需技術性」,年輕人要學習「師傅」的技術,通常需日積月累的經驗才能出師,這段學習時間長且辛苦,無法撐過煎熬的新人退出,自然形成產業人力斷層。 重機械挖掘機是一個典型的例子,操作挖掘機需要靈活的反應與操作經驗,入門新人操作動作較慢、施工結果有落差,會造成整體施工進度壓力。本研究希望能擷取前述「師傅」的技術經驗,融合到智慧型輔助系統上,以縮短入門技師學習時間、降低入門門檻,以期減小產業人力斷層,增加就業機率,也增加整體工程效率。

油汙環境中微生物群聚感應與生物降解的探討

本研究是以油汙環境下微生物群聚感應為主軸,探討以生物性方式處理海洋原油問題的可行性。自然環境中,微生物之間有著緊密而複雜的交互作用,支持著整個龐大的生態系統。因此,比起過往研究聚焦在單一微生物的除油潛能,我們利用PhyloTags來進行微生物16S rDNA的全序列定序,再將結果以MetaMIS軟體分析菌種間的交互作用,探討微生物處理油汙的發展潛力。 本研究中,我們發現海水中一株Rhodobacteraceae科的細菌(代號OTU3)可能是導致現實生活中生物性除油法無效的原因。我們也發現在原油環境中,Thalassobius mediterraneus具有促進多數微生物生長的能力,具發展的潛能。此外,在加入散油劑之後,則是Nautella italica促進其他細菌生長。未來我們希望進一步探討此群聚感應更完整的面貌,期望能應用在生物除油的發展上。

明珠浮水

觀察水在落入液面時,會產生浮在液面上的液滴,進而產生了研究動機。經過有關是否為浮力、表面張力、靜電力的實驗證明後,發現水滴是透過管壁與水珠落下時摩擦產生的電荷落入液面累積後再與新的水珠產生同性電相斥而造成此現象,並再透過強制帶電、操作流速、高度、液滴大小、液面面積和不同食鹽水濃度,發現這些因素也會對現象發生以及穩定發生時間影響甚鉅。

澎湖三寶魚鱗凍

將魚市場被丟棄的魚鱗收集起來,加上澎湖的三寶風茹、蘆薈、仙人掌做調味,以瓦斯爐烹煮做成獨特的魚鱗凍。熬煮30分鐘到60分鐘可以得到較高的蛋白質含量,其中以日本銀身䱛 Argyrosomus japonicus 、 密點少棘胡椒鯛 Diagramma pictum、 藍豬齒魚 Choerodon azurio 魚鱗膠的蛋白質含量較高。 因魚鱗膠非常容易融化,若要方便食用,調味料(蘆薈、仙人掌)隔水加熱10分鐘,調味料與魚鱗膠的比例為1:4,並用50克貝殼一起烹煮90分鐘,是最佳的烹煮方式。經過感官品評,以鮸魚接受度最高,口感最佳,口味則以蘆薈最受歡迎。最後利用實驗材料設計獨一無二的產品LOGO。