全國中小學科展

生活與應用科學科(二)科

「風」來「聲」去— 風扇表面結構之降噪研究

風力發電是我們在澎湖常看見的再生能源,但風扇旋轉時帶來的噪音,卻限制了它的應用;要減少風扇的噪音,其中之一個要素是減少阻力,在本篇實驗中,我們從改變風扇表面結構,來從事減少噪音的研究。我們把高爾夫球表面的小凹,和鯊魚皮表面密密麻麻、交互排列的縱向凹槽,應用在風扇的空氣阻力上,發現絲襪和透氣衣在顯微鏡下的結構,類似高爾夫球表面的小凹;而白膠和皺紋紙,它們結構的共同特色,是在風扇表面形成規律排列的平行橫條紋,類似鯊魚皮的縱向凹槽,都可以達成降低阻力,從而減少風扇噪音,又不減少風扇功率的目的,另外,或許今後在設計風力發電或一般風扇時,可以考慮在表面蝕刻規律凹槽或刻紋,以減少噪音。

「杖視」不欺人-導盲工具進階版

二維碼在我們的生活處處可見,不僅比一維碼儲存更多資訊,我們還可以利用智慧型裝置讀取,快速又方便,我們想利用這樣的特點在導盲磚上設置二維碼,配合導盲手杖安裝智慧型裝置。我們挑選二維碼中的QR Code來進行實驗,先從QR Code的由來、基本架構和製作方式加以觀察試作,接著探討改變它的各項元素:QR Code的內容形狀、配色、遮蔽讀取情形,接著把QR Code轉換成貼在導盲磚範圍大小上進行研究,再加上安裝智慧型裝置在手杖上的距離與地面夾角的實際測試,歸納出安裝具有QR Code導盲磚,配合手杖上的智慧型裝置,讓視障者能用聽的就知道現在所處的位置資訊。

海洋保衛戰--漂浮垃圾收集器

本研究的目的是要設計海洋漂浮垃圾收集器,研究中第一代的主機採單螺旋、收集器採浮桶式設計,但浮桶的設計遇到水的浮力過大及容易進水的問題。經過改良後,第二代的主機維持單螺旋、收集器改為網撈式設計,但降低主機桶身高度和捨棄浮桶的設計以減少浮力,卻因網子在水中的阻力過大造成網撈無法旋轉、主機自轉的問題。第三代的主機改為雙螺旋、收集器維持網撈式,雙螺旋主機使主機不自轉、網撈旋轉,且網撈進行七大改造並在內部加裝長形邊框,最後在實測中成功收集球狀、長管狀及片狀等三種形狀的塑膠漂浮垃圾,實驗中發現:同一長度的邊框都是以球狀漂浮物乒乓球的收集成效最高;不同形狀的漂浮物收集成效最佳的長形邊框,其長度則各有不同。

手助健康~具保濕、抗氧化、防曬多功能「乾洗手液」之開發研究

衛生福利部宣導75 %酒精能預防新冠病毒,但頻繁使用酒精卻易造成手部乾裂,因此本組利用酒精浸製金銀花、烏龍茶葉、桂花、柚子皮等製成酊劑,再混合羅勒籽及奇亞籽所提取的成分,研發具消毒暨護手雙效的酒精性乾洗手液。經過pH計、UV粉及蘋果抗氧化測試顯示,本組所研發之乾洗手液呈弱酸性,與皮膚酸鹼值相仿,且具有抗氧化與抗紫外線(防曬)的功效,比一般市售產品效能更高。此外,本組意外發現果膠混合液能製成風乾膜有效對抗紫外線。總結本組研發之多功能乾洗手液除了具有天然保養之功效,還能讓果皮產生環保效益,極具開發之潛力。

弦外之音箏有趣

根據自然課本「聲音與樂器」單元,自製一台跨越三個八度的古箏,透過控制琴弦的張力,驗證「弦愈粗、愈長、張力愈小,其音調愈低;弦愈細、愈短、張力愈大,其音調愈高」及八度音之間振動頻率為1:2的規律;以Audacity分析波形及頻譜圖,比對雁柱、音色、調音方式間的關係。歸納10位音樂專家對音色佳的定義,以音準、響度及波形為音色指標,改良第一製尼龍弦箏,再製第二製榫接尼龍弦箏及第三製榫接鋼弦箏,比對三者經不同時間及彈奏次數的偏離音準幅度;以分貝計測無音箱、有開口音箱、無開口音箱的響度差異;觀察不同製作方式、音箱形式及弦的材質之波形,依響度能量削弱時間及聲音延長時間,比較其變化與市售古箏的差異,找出自製古箏的最佳條件。

降脂「原」「因」~咖啡豆或葉中綠原酸及咖啡因對脂肪分解之探究

本研究探討咖啡豆及葉的萃取液抑制胰脂酶分解三酸甘油脂,實驗操縱變因分別為綠原酸與咖啡因濃度、咖啡豆烘焙程度、咖啡葉萃取液浸泡時間及製葉方式。實驗中將胰脂酶水溶液分別置入一系列樣本中,並加入三酸甘油脂,探討胰脂酶於不同作用環境中之活性大小,並進一步探討不同變因在其中之影響程度。實驗結果顯示,咖啡因、綠原酸皆會抑制胰脂酶活性,其中以咖啡因的抑制效果較明顯,綠原酸的抑制效果只在較高濃度時才會展現。咖啡豆的烘焙時間以6分鐘綠咖啡及18~25分鐘淺中深焙,對胰脂酶活性抑制效果明顯,推測與咖啡因濃度有關。另外以微生物發酵製得的咖啡葉萃取液對胰脂酶有顯著促進效果,但以揉捻方式製得的咖啡葉能有效抑制胰脂酶分解。

見「塑」不見「鱗」? -魚鱗環保薄膜的研發及應用

本研究探討富含膠原蛋白的魚鱗,藉由嘗試各種電器及配合熬煮時間長短,萃取出最佳濃度之魚鱗萃取液,並找出最佳成膜配方為魚鱗萃取液20 g、5 %TG酵素水溶液0.8 mL、甘油 1 mL、乙醇 1.5 mL,以冰箱冷藏方式製作出魚鱗薄膜,接著以自製儀器測量魚鱗薄膜之透水性、穿刺強度、彈性、水溶溫度、膠熔溫度等物理性質,再將製作出的魚鱗薄膜包覆胡椒乾粉及油料醬包,以熱壓來密封包裝膜封口,封膜效果好不會溢出,放入熱水中 2 分鐘內皆可完全溶解,攪拌後調味料分布平均,是很適合當作泡麵調味包的包裝材料,故將魚鱗廢棄物再利用,製作的薄膜不但能食用,亦能取代塑膠,預期可達到「低污染、省資源、無廢棄」等減量減廢之環保理念。

柏努利吸盤真厲害

生活有多元吸附物品方式,如磁力、吸力。而磁力只能吸附鐵和磁鐵或利用吸力抽取近似真空來吸附物品。當我們了解柏努利原理可產生吸力後,便想利用此原理製作吸盤,可輕鬆的吸起物品而不破壞物體表面,本研究結果發現1.在水管吸塵器和兩紙張吸引實驗中要先造成兩端或內外氣流速不同,造成壓差形成吸力現象。2.不同開縮口比較其吸管吸附水位產生壓差現象。3.柏努利概念吸盤吸附物面積需大於噴氣口尺寸,方可吸附。4.自製柏努利吸盤可吸附平均最大載重約191.22克且吸附平均落差高度可達84.3公釐。5.吸附物以重量輕、面積適中、粗糙面及吸附部位是平坦片狀為主。以上這些研究讓我們發現"吸力"的多元性,希望能更有效提供在日常生活中的便利性!

吸奇杯墊

本作品探討如何利用粉筆灰、蛋殼等環保材料做出實用且吸水性佳的杯墊。實驗成份具有小孔隙,正好迎合水無孔不入的特性,然而各式材質之間的比例分配,卻大大影響成果。我們發現各式材質之間呈現微妙的合作關係:材料比例懸殊者,都無法有最佳效果,粉筆灰與蛋殼之間如此(比例5:5最佳),為了加強杯墊硬度加入水泥、石膏亦是如此,石膏比粉筆灰蛋殼5:5最佳。即使是蛋殼粒徑大小也以200目為界,超過200目則表現力下降。在功能優化方面,厚度越厚者雖不易碎裂,但有易打翻的危險,因此建議厚度為1-2公分。增加防滑墊及泡棉底座皆有效提升杯墊防滑及防摔能力,反觀木板效果較差。經研究不僅證明環保杯墊的吸水成效,更具多元應用的發展潛力。

家庭式簡易高效能精油萃取裝置研發

本研究以手邊可得家庭五金材料,自製簡易精油萃取機,以不同冷凝方法和機體結構,架設有效自製精油萃取機。不同於傳統畢氏冷凝法及水冷式冷凝法,自製風冷式冷凝裝置在機體上方設計小進口通入冷風,以鋁箔紙包覆不鏽鋼油漏形成冷凝夾層,應用氣體自由膨脹原理達最佳冷凝效果,萃取效率較市售裝置提升16%,但價格為1/10。以茶樹精油進行自由基清除測試及抑菌能力評估。實驗結果顯示,自製茶樹精油抗氧化力較市售精油高19~27%。抑菌測試可知,自製茶樹精油濃度100%組別,抑菌效果為75%乙醇之4倍。本研究研發之自製精油萃取機,可供一般民眾架設家庭簡易萃取裝置參考。