全國中小學科展

生活與應用科學科(二)科

去蕪「純精」,落葉變黃金

本研究利用校內落葉堆肥中的紫花馬櫻丹萃取精油,為保存其精油成分我們採減壓濃縮蒸餾法,以相對低溫的條件下探討9種不同變因中,此法的最佳條件並測其抑菌能力。結果顯示(1)葉片或花瓣需要烘乾,以35°C烘乾18小時,續以35°C的水浸泡23小時,並以50°C蒸餾,以50毫升浸泡液 第一滴蒸餾液滴出後蒐集20分鐘萃取效果最佳;(2)花瓣與葉片萃取精油皆有效果;(3)以水浸泡比以油浸泡萃取效果佳。抑菌實驗結果顯示,萃取之精油對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌皆有抑菌效果。萃取的馬櫻丹精油經IR鑑定與天然羅勒和薰衣草精油圖譜極相似;GC-MS鑑定得知主要成分為冰片、莰烯、肟類,抑菌與防蟲成分。未來可將其利用在校園與社區創造特色伴手禮與生物防治產品。

旋轉陀螺-空中Ubyke

觀賞球類比賽時曾思考球的飛行路線為何會突然發生偏轉,產生意想不到的運動軌跡?查詢資料發現「馬格努斯效應」是流體力學中,因「白努力定律」所產生的現象;在壓力差的存在下,會使旋轉的運動球體(圓柱體)產生位置的偏移。我們先利用保麗龍的飄動,驗證了白努力定律中因速度差產生的壓力變化,接著利用2種不同的實驗,證明旋轉的圓柱體運動軌跡會因壓力差而產生路徑的改變;最後我們以「紙杯」來設計實驗,利用橡皮筋來纏繞紙杯並提供飛行時的動力,就像空中旋轉的陀螺。我們利用不同的操作變因,探討運動軌跡的變化,希望找出在空中能飛行更久、更遠的簡易飛行器,如果日後能克服重量的問題,也許不久的將來就能成為空中Ubyke。

『凸』子跟著太陽走,開啓冷熱電光秀 - 運用毛細現象以太陽能淡化海水系統的設計與製作

本組利用太陽能來淡化海水並以溫差來發電,實驗的創新項目:首次利用棉線的毛細作用將海水引至加熱機構裡,再以菲涅耳透鏡聚焦太陽熱能,蒸發加熱機構內的海水,蒸氣經鋁管自然冷卻,可析出鹽度降低的海水,並同時利用溫差來發電,所以本設備可作為海上之緊急狀況備援,以應製水與用電需求。本組實驗機構有以下功能: 1. 海水淡化:加熱機構在達到可蒸發海水的溫度下,運用棉線的毛細作用與水的蒸發冷凝變化,可產出淡化海水直接使用,或經過重複淡化,最終可以成為純水。 2. 加熱機構之保溫功能:當太陽光短暫不足時,仍可使溫差發電片持續發出電力供緊急使用。 3. 結晶鹽的利用:加熱機構將鹽分結晶保存於槽區,易於取出使用,並簡化保養維護工作。

讚「炭」連連、比「筆」皆是

本研究是了解炭筆製作的方法、因素、比較炭筆的效果及評估實用性。 一、成功製作炭筆的方法:蓋子打洞的密封容器、足夠的燃燒時間和穩定的溫度。 二、12種植物不管乾或溼,都能製成炭筆,在滑順度沒有差別。 三、12種植物製作炭筆,雀榕的滑順度最佳;和祭祀植物比較,選出5種最佳製作炭筆的植物:血桐、山芙蓉、野桐、小舌菊和雀榕。 四、自製5種炭筆,在軟硬、粉末顆粒及滑順度評比,不如市售炭筆。 五、經專家鑑定,自製的5種炭筆都可創作素描。 六、市售與自製5種炭筆,其硬度從硬到軟依序:市售>野桐>血桐>山芙蓉>小舌菊>雀榕。 七、市售與自製5種炭筆,其顆粒由多到少依序:市售>雀榕>野桐>血桐>山芙蓉>小舌菊。

「膜」法亮晶「巾」

市售涼感巾涼感原理是靠聚酯纖維表層的塗布或是改良不同織法來增加涼感效果。 但是聚酯纖維本身不吸水不透氣,所以在材質的選擇上與人體能感受到涼感的原理不同。 本研究拋開改良紡織品的想法,直接從涼感原理著手,透過海藻酸鈉與氯化鈣交聯反應產生的高分子聚合物製成涼感巾,我們稱它為親水反應膜涼感巾。透過實驗測試,我們找出了最佳的濃度配方為海藻酸鈉2%與氯化鈣1%交聯反應5分鐘,以這配方製作的親水反應膜在瞬間涼感、持續涼感、水分滲透速度與可扭轉圈數各項參數裡表現皆優。 親水反應膜是高分子聚合物有優良的吸水效果,它可以把水分鎖在高分子網格內,因此也具有良好的保水性。既能吸水又能保水,所以涼感效果遠優於市售的涼感巾。

環保「袋」著走

本研究主要在分析超商手提網袋的相關構造、拉長長度、承重及易斷裂處,並製作不同材質的超商網袋比較其差異,從中選擇承重適當的淋膜不織布材質改成較易製作的圓形進行各項實驗,比較網袋不同切割線的圖層數、區域數、線數、線距、張開角度、形狀及手提樣式所產生的差異。從網袋的規則及對稱中推理出「對摺剪紙」概念並運用環保於舊衣上,最後結合實驗結果把超商網袋常用完即丟且容量太小的缺點加以改良,研發出便宜、方便攜帶、手提舒適又可重複使用的可收納環保網袋。

「橘」功淨萃~天然去污神品

本實驗主要目的是在探討以自製的橘皮酵素和四種常見的天然清潔劑及混合液針對不同性質的汙漬的去汙力。 此實驗以相同容量的清潔劑塗抹在四種不同髒污的棉布布料,靜置1小時後,再用不同濃度的清潔液洗淨,主要探討的是: 「酵素、洗米水、醋、蘇打水、酒精針對一般小朋友常見髒污的清潔效果以及酵素混合不同比例之其他四種天然清潔劑的清潔效果。」 結果顯示: 一、純清潔液中,酵素對四種汙漬效果最好。 二、去污力最佳組合 1. 墨汁:酵素與蘇打水混合1:1 2. 廣告顏料:洗米水 3. 醬油:蘇打水 4. 水彩:酵素加蘇打水1:1 三、整體來看酵素加上蘇打水混和清潔液,效果最佳。 四、本實驗中,酒精或酒精混合清潔液的去污力最差。

「貝」水一戰!-貝殼轉動定向與自製消波塊之研究

消波塊擁有削弱海浪力量的功能,但海浪有時會將消波塊沖離原本位置或捲入海中,造成消波功能喪失。 老師在課堂介紹「沙灘的貝殼會因為海浪將殼底朝向海浪來源方向(斜坡低處)」(命名為「轉動定向」)。我們聯想到消波塊是否也能自動轉向呢?我們自製起波裝置與模擬沙灘箱、測試3D列印模型翻模石膏方法、量化沙灘沙子流失量,研究轉動定向的變因與原理。發現圓錐是轉動定向最適合的形狀,但海浪會繼續讓圓錐晃動!而六角錐可以做到轉動定向後,固定在停止位置(命名為「轉動定位」)。 我們將研究結果自製消波塊(六角錐、六爪),經過沙灘模擬檢測,自製消波塊擁有比市售消波塊更好的消波能力,且擁有「不易移動位置、會自動調整方向」優點。

人不知我、我獨知人~空手道對打時反應時間的探討

本研究使用兩台普通攝影機,加上電腦影像處理軟體繪聲繪影和After Effects、文書軟體Excel、免費運動軌跡追蹤軟體Tracker,成功收集到空手道社團中,15名國中學生及1名教練對打時攻擊動作的相關運動數據。接著製作情境模擬影片,測量空手道社團國中生15名、非空手道社團國中生15名的反應時間進行探討。實驗中發現,可以經由平日的空手道訓練課程、模擬情境影片的加強訓練、以臉部為凝視的重點位置等方法,縮短對打時防衛的反應時間;攻擊時則要強化速度、減少上下方向晃動,才能讓對手來不及反應。本研究可提供給一般學校及運動社團做為參考,作為基本的運動動作分析及訓練輔助的方法。

「麥」出減塑新「吸」望

今年七月開始政府規定業者不得提供內用一次性的塑膠吸管。目前市售的一次性吸管種類皆有其缺點。我們從吸管單字straw獲得靈感,嘗試使用麥麩粉來製作一次性吸管。 本研究運用熱壓方式來塑型,實驗過程中發現熱壓方式無法穩定吸管結構,進一步在麥麩粉裡分別添加四種天然黏膠進行測試,實驗結果酪蛋白膠在延展性與塑型方面表現最佳。成功塑型後,我們製作了多種不同成分的麥麩吸管進行實用性測試,結果為添加蜂蠟的細顆粒酪蛋白膠麥麩吸管在耐熱、耐酸鹼與防水性的表現上最佳。 我們把自製的麥麩吸管運用到其他一次小型塑膠管用途上例如棉花棒,也能表現良好。實驗結果證實自製的麥麩吸管在土壤中三個月內能完全生物降解完畢,有效達到友善環境的目的。