全國中小學科展

第57屆--民國106年

從2D投影建構3D立體策略之探討

2D與3D間的轉換一直以來都是重要的科學問題,其中從平面投影建構3D模型的方法及策略是其主要的研究方向。一般而言,會使用坐標系轉換的方法,需要仰賴電腦的運算能力來完成大量的計算。我們在想是否能夠找出更有效率的策略,希望以更少操作建立3D模型。此方法將根據當前的狀況來判定最佳的下一步。我們選擇凸多面體,尤其是柱、錐體,作為研究對象,並對各種情況進行分析。此研究中探討了完全還原立體所需之條件,以及還原柱、錐體下的最佳與最差狀況,最後提出對於特定情況下的還原策略。儘管並沒有找出方法來解決所有情況,但本文中已導出一部分的結論,希望未來能夠研究更複雜情況下的還原策略。

蛙蛙哇!台東縣大巴六九藥用植物園區蛙類生態與棲地特性之初探

為瞭解大巴六九藥用植物園區及附近的蛙種組成、時空變化與分布的棲地特性,我們自2015年10月至2016年12月期間,每季前往樣區進行調查約2~3次,研究採用「穿越帶鳴叫辨識法」和「目視遇測法」。研究共獲得119筆紀錄,包括:樹蛙科3種、蟾蜍科2種、狹口蛙科2種、赤蛙科2種及叉舌蛙科1種,共計10種。調查結果顯示,在總隻次和隻次比例上皆以拉都希氏赤蛙最多,為園區內的優勢蛙種。研究期間,因強烈颱風侵襲,導致園區水源中斷數天,造成池水下降,嚴重影響蛙類棲地,蛙類平均隻次因此下降。此外,不同蛙種對棲地的喜好也不一。本研究初步確認了園區蛙種的組成與生態概況,可運用在園區蛙類觀察、蛙類保育與環境教育。

「霾害」不「霾」怨─空氣清淨機的運用探討

本實驗主要探討在空氣品質不佳的環境下,如何將空氣清淨機發揮最大效能,有效降低室內PM2.5濃度,達到淨化室內空氣的目的。以我們平日活動的場域,在家中和學校教室進行實驗。我們先評選出實驗代表機種,再探討空氣清新機的使用方法:(1)在不關門窗的情形下使用清淨機:可降低PM2.5,但下降效果無法令人滿意;(2)在關門窗的情形下使用清淨機:PM2.5可下降到個位數,但CO2濃度上升,會感到空氣悶不舒服。(3)將清淨機裝置於窗台上並關閉門窗,使室內形成正壓環境:PM2.5可下降到個位數,CO2濃度也能維持舒適穩定的範圍。(4)因清淨機裝置在窗台上有安全性顧慮,便將空氣清淨機改良加裝象鼻風管,以室外機的方式使用,同樣能達到有效淨化空氣的目的。

「機」來運轉

為瞭解機翼與風車運轉間的關係,展開一連串的探索之旅,整個研究包含三個部份。首先,為了找出最佳的機翼外形,我們自製風洞並且觀察風洞風速的特性,再從傳統到現代的機翼找尋靈感,從距離出風口遠近、機翼攻角角度、機翼寬度、機翼漸縮比與機翼後掠角度來探討運轉效能,發現機翼漸縮比6:2後掠20度角機翼運轉圈數最多。 接著,研究修改機翼結構提昇運轉效率,模擬下降襟翼角度的方式來提高升力。一開始並不順利,經過修改襟翼擺放位置、增加機翼內斜角、用塑膠板遮住空隙增強「康達效應」使機翼運轉圈數再提昇。 最後,我們發現發電效能受運轉圈數多寡影響,而且相同圈數下三機翼比二機翼效能高。此外,在運轉的過程中噪音會隨著攻角增加而增加。

發現溪蟹桃花源—尋找南海溪蟹的秘密

校內有機農田裡有許多泥穴,老農告訴我們是螃蟹洞穴,經觀察發現是臺灣特有種—臺灣南海溪蟹。因鄉村現代化和汙染等因素,導致族群數量急遽減少。相關研究中,沒有南海溪蟹挑選巢穴和對環境需求等資料,期透過此研究了解牠築巢行為和巢穴構造及對環境的需求。 我們發現南海溪蟹巢穴:1.除棲居的彎曲主穴,還有逃生直穴;巢穴直通地下水層,提供逃生避難並保有水分。2.挖出的泥土會堆成小土堆,但交配時則將洞口完全蓋住。3.主要在夜間活動,為雜食性動物,吃巢穴附近的蟋蟀、蚯蚓、農作物及泥堆腐植質。 希望此研究能讓大家了解和認識臺灣南海溪蟹,避免渠道水泥化及水源汙染,以供臺灣南海溪蟹優質的棲息地,讓這個台灣特有蟹類家族持續穩定的繁衍。

可調式虎鉗之研究

使用虎鉗是機械加工最普遍的夾持方式,但其加工精度也會受到虎鉗本身精度的影響。 我們利用便宜的小虎鉗修改,改善現有虎鉗夾持翹起的缺失。首先研擬製作方向,透過力學上的分析,得到當螺桿高度與固定鉗口受力中心成一直線時,活動鉗口就沒有旋轉力,夾持的精密度就會較好,進而設計出可調式虎鉗。先利用電腦繪出設計圖,接著3D列印打樣,反覆修改。後經材料強度分析,試算確定可以承受鑽孔的切削力。再經車床、銑床、鉗工、銲接等製作組裝。 本產品在ψ10mm鑽孔測試中,是平順且無抖動。夾持實驗中,一般小虎鉗上層平均上翹 0.36mm,精密小虎鉗是0.04mm,而本產品僅為 0.03mm,同時並進一步做夾持力實驗。對一般常使用的上層夾持者來說,本產品是便宜又兼具精度。

合成三唑(Triazole)之超分子凝膠並討論其凝膠形成機制

我們成功利用點擊化學(Click Chemistry)合成出C1、C2、C3三個含有三唑(triazole)的化合物,三者的共同特色是具有對稱特性的超分子結構,C2、C3會自組裝成網狀結構並與有機溶劑形成超分子有機凝膠;經由實驗我們以成膠能力最佳的C3作為後續實驗主要研究對象。我們研究的內容包含基本物化性以及周圍環境對凝膠形成的影響,發現溫度、溶劑、濃度都會影響其聚集形貌。而我們對其分子間的作用力進行研究,得知主要以π-π堆疊、氫鍵及凡得瓦力等非共價鍵作用力維繫分子的結構。另外我們發現C3分子在凝膠態與薄膜態放光增強的效應,推測此分子具有AIE 效應(聚集誘發螢光增強)。最後,我們根據實驗結果,推導出C3分子形成凝膠的機制。

玉米大出擊-3面玲瓏水準尺夾

本研究動機為舊有的鋁製水準尺尺夾,過於笨重、攜帶不便、未與水準尺貼合、架設不易等問題,容易產生誤差,便加以改良。以精簡的設計概念,配合3D列印技術,製出「單面、雙面、全方位」等三種水準尺夾,此尺夾為一體成形,操作簡易、攜帶便利,配合SOP操作流程,可提升作業效率。 本水準尺夾可自行3D列印製作,作品不經由工廠電鍍生產,不會排放廢水和毒物PM2.5,友善環境。由實測數據得知水準尺夾誤差值較鋁製尺夾小,且素材便宜易得可自行製作,提升經濟效益。

紅樹林不是我的家-紅樹林變遷對底棲蟹類的影響

本研究在探討挖仔尾自然保留區紅樹林變遷對於底棲蟹類的影響,如果不受到干擾時,潮間帶生物分布會依據土質特性與潮間帶高低呈現有順序的分布。影響潮間帶底棲生物分布因子有土質、潮間帶高低、紅樹林,其中以紅樹林影響最大,紅樹林的變遷會影響底棲蟹類的種類與分布。底棲蟹類生物的辛普森指數在紅樹林多樣性(0.21~0.50)較低,一般潮間帶(0.65~0.78)較高。另外紅樹林與一般潮間帶的土壤pH值,沙泥百分比、照光度、地表溫度、底泥溫度差異很大,棲地特性完全不同,所以在不是紅樹林生長的地區種植紅樹林,會嚴重影響底棲蟹類與分布,建議種植紅樹林前,應先評估其對於底棲蟹類的影響,以免影響原有的蟹類與生態系統。

冬暖夏涼-會翻面的百葉窗

在環保意識抬頭的現代社會中,如何將室內環境維持在適當的溫度,並避免使用高耗能的電器已是主流,這不僅是建築與土木工程的重大課題,同時也需要材料的協助。此次研究以各種適用於建築材料中找尋材質的熱傳導性之快慢、經濟性、重量、顏色等進行多方比較。結果決定以材料容易取得且和其他金屬製品相較之下較輕的鋁製成百葉窗,結合物理特性明顯吸熱的黑色與隔熱的白色呈現作品,進一步與伺服馬達和電子電路連動,可以應用於各種季節,使其依據室內溫度與外界環境的光線產生自主翻轉,達成將室內環境維持在適當的溫度此目的。