全國中小學科展

第57屆--民國106年

Cuica~鼓嘰鼓嘰!

Cuica是巴西特有的樂器,它長得像鼓,但卻是用摩擦的方式發出奇特的聲音。研究後發現它的原理是:濕布摩擦竹籤→竹籤振動→帶動罐子底部振動→罐子就是音箱放大聲音。 為了測量的一致性,我們設計了一台機器可以自動演奏Cuica。機器包含2部分:模擬手揑摩擦器、模擬手前後推拉器,這樣才能去除不同人演奏的因素,讓實驗結果更準確。實驗結果發現,演奏時必須要有適當的緊度、摩擦力摩擦竹籤,才能讓底部振動產生聲音。另外圓筒高度、棍子長短無法明顯改變Cuica音調;但是圓筒直徑、底部材質鬆緊、手壓底部中心緊度可以明顯改變Cuica音調。 最後我們用生活物品自製Cuica,圓筒底部插一根竹籤,底部要有一點彈性可以振動不能太硬,就可以感受到巴西熱情的音樂了!

賦芋新生命-開發芋頭皮再生紙、杯墊、太空包可行性之探討

芋頭是我們家鄉的地方特色農產,每當盛產時大夥用芋頭製作各式好吃的美食,而富含纖維的厚實芋頭皮被削除後,往往被當廢棄物丟棄,或頂多當植物肥料、動物飼料,而今天我們將對芋頭皮的再生利用性進行分析研究。在全球暖化的議題影響下,我們想藉由芋頭皮代替木材製紙及太空包,以減少樹木被砍伐所造成的生態危機。研究結果顯示,在製紙方面,芋頭皮可與其他紙漿配合製造出再生紙,但添加比例不宜超過50%,且因芋頭皮可增加紙漿厚度,具有製成杯墊潛力;而添加15~25%芋頭皮於回收紙漿中可增加紙張隔熱效果,可用於隔熱杯套製作。在芋頭皮太空包上,則發現其優於仿傳統木屑太空包,更利於黑木耳菌絲生長,唯其鹼性稍強稍不利香菇菌絲生長。

行動代號 駭入3D Printer

3D列表機(3D Printer)的出現,對於許多工程師、及創客們是一大福音,因為3D Printer從設計到產品開發完成,比起以前用開模的方式,降低了許多成本與開發時間。然而,有些3D Printer的作品列印時間可能長達數小時甚至數天,而且在列印的過程作品損壞率頗高,一般的工程師與產品開發人員不可能有這麼長得時間能監控3D Printer,列印失敗後也無完善的機制自動偵測並停機,使得3D Printer持續的浪費材料,還有可能造成3D Printer零件損壞。於是,我們更改市售3D Printer韌體程式和部分機構,研發出一台新的3D Printer來解決此問題,稱之為【行動代號 駭入3D Printer】此機台採用〝互聯網〞的技術來遠端監控,讓使用者在世界各地能觀看3D列表機的列印進度,發生問題時能隨時停止3D列表機,減少零件和材料的損失。

進擊的萬獸—萬獸的終極奧義

本研究源於我們參加Power Tech科技創作競賽,萬獸之王的機械獸既要參加「接力賽」,又要進行「拔河賽」。如何兼顧二者,因此進行了研究。結果發現: 一、不同摩擦力的萬獸之王,以6cm*6cm大小的腳底板,前腳貼上防滑貼條,曲面的腳底是最佳的摩擦力組合。 二、不同腿長的萬獸之王,腿長愈長,且腿長比例相近,曲柄裝在第二孔是最穩定的設計。 三、不同連桿形式的萬獸之王,以交叉連桿設計,並將連桿加長,能使萬獸之王走得最快。 四、在最佳速度的條件下,腿長比例無明顯差異,前腳加止滑,能拉動的重量較多。 五、最佳的拉力的萬獸之王,配重分散於前端,以水平方式拉繩。 六、兼顧行走速度快與拉力大,要在驅動所在位置加上防滑設計與增加配重,會有較佳效果。

智慧肘關節束套

傳統肘關節復健設備無法同時提供病患主動式與被動式復健的需求,故為降低復健醫療人員的工作負擔及解決復健效果不明確的問題,我們利用樹莓派控制馬達和arduino的肌肉感測器,並用APP來控制,使肘關節復健器成為一種智慧型的電腦化輔具,讓我們在復健時,除了更有效率之外,也能明確的知道自己復健時的肌肉狀況,以做適當的調整。另外再結合藍芽模組,將每天進步的數據上傳雲端,以利復健師來做評估及矯正。

『羽羽生風』羽球收集器

本研究利用負壓式原理自製一個羽球收集器具,我們使用吸塵器產生吸力,連接自製的羽球收集器,將散落一地的羽球快速排列並收納至羽球桶內,成功的製作出「負壓式羽球收集器」。在實驗中探討負壓與自製的羽球收集器之間的各項物理性質,進而設計羽球收集器具的構造,並從多項實驗數據中,不斷地改良最後成功研究出最佳的羽球收集器。過程中我們運用450P的灰紙板、1000P的西卡紙與最後嘗試使用的硬塑膠板來製作羽球收集器,在吸力方面我們由一開始的普通吸塵器到後來使用的車用吸塵器,最後設計出不用彎腰撿拾,並能快速收納且能讓羽球成串收集的羽球收集器。

凹凸多邊形 n 等分切割之研究

此篇研究主要探討凹凸多邊形的面積切割,許多人認為凹多邊形的切割是天方夜譚,但不論是凸多邊形,還是大家避而不談的凹多邊形面積切割,我們都能一般性作圖,甚至嘗試過周邊上一點切割多凹多邊形。此外,我們參照文獻中退化成三邊形的做法,發現其實退化成四邊形即可進行切割,如此一來,便大幅減少繁瑣的作圖步驟。其中,最令人興奮的是,我們成功利用尺規作圖做過外部一點將凹、凸四邊形 n 等分切割,甚至能以一次性作圖將其面積分成 m:n 的面積比例!

熱情來電

在汽車能源使用上,廢熱占其能源消耗的40%以上,而所產生的大量廢熱對於CO2的排放及能源的損耗是非常嚴重的問題。就汽車能源來看,汽車引擎動力只約占車輛能源的30%左右,其餘能源的損失都以廢熱與冷卻形式排出。此專題是利用汽、機車的排氣管的廢熱能轉變為電能並將儲存,而儲存的電能可做其它電器的運用,例如運用於手機充電、行車紀錄器電源。若是排氣管的發電將我們的行動電源已儲存到滿電狀態,這時候若是繼續充電將容易損壞行動電源,所以我們的專題將它再次運用在排氣管的二次點火,讓所排出來的廢氣再次燃燒,以有效降低CO2、CO、HC的廢氣排放,這些的過程我們利用Arduino單晶片來作有效控制,達到「綠能」、「儲能」、「創能」與「環保」的目的。

甲仙與美濃地震斷層發育機制之探討

2010年甲仙地震與2016年美濃地震的斷層接近東西走向,我們發現:兩地震的震央位置、震源機制、規模等特性都非常接近。我們推測造成甲仙與美濃地震斷層形成原因可能相同。利用黏土模型與地震活動資料的分析,我們可以說明由於覆瓦狀構造的老斷層覆蓋在較新斷層的上方,使地震越往西部越深。臺灣西南部是受擠壓形成的逃脫構造,對照黏土模型的結果,因黏土受擠出作用,出現共軛的平移斷層組,在持續推擠下會形成再發育的逆斷層,且產生新的共軛平移斷層組,並都被覆蓋在較早的逆斷層之下,說明甲仙與美濃地震的斷層發育機制是擠出作用造成斷層呈現東西走向;前者深度較深是覆瓦狀逆斷層下方新發育的左移逆斷層,後者是時間序列中較早發生的左移逆斷層。

神奇的砝碼

本研究是將梅齊裏亞克的砝碼問題( The Weight Problem of Bachet de Meziriac ),由等臂天平延伸至不等臂天平。 若i、k、m與n皆為正整數。首先在等臂天平中,討論k磅砝碼摔成i塊其解是否存在?是否有唯一解?並試圖找出通解的一般式。使用列舉的試誤法,之後設計視覺直觀的數學實驗程式,找出數學式,歸納出解的一般式。發現可以使用變形三進位的方法來決定符合解的砝碼。接著將等臂天平延伸到1:n不等臂天平。在1:n不等臂天平中,先找出所有解的組合,再找出最常出現幾組的不可稱解的最大可稱磅數、規律、性質與一般式。最後希望可以利用1:n不等臂天平的不可稱一般式推廣到m:n不等臂天平中。