第58屆--民國107年

多多笛的構造大致上可以分為內管、外管、孔洞和膜四個部分。它是藉由孔洞吹入氣體，氣體在內部流動，而造成膜的振動發出聲音。本實驗探討多多笛的發聲原理，了解是管子產生共鳴還是膜的振動影響聲音的頻率及探討哪些變因會影響多多笛的頻率。由於多多笛的外形構造複雜，於是我們用PVC管製作多多笛的模型，方便我們之後的研究。經實驗發現：多多笛發出的聲音頻率並不單純，當氣壓小時，它發出的頻率會越接近空氣柱共鳴，而不論氣壓大小，管長與頻率倒數皆呈正比關係，因此我們推測多多笛的發生機制是膜與空氣柱共振的結果，且經由分析，我們發現基音是符合閉管的基音，但是泛音皆為基音的連續整數倍，因此推測它產生的頻率是開管及閉管疊合而成。

兩個互相垂直的簡諧運動所構成的圖形即為Lissajous曲線，可寫成{x=p1cos(α1t+c1) y=p2cos(α2t+c2) 的形式，而當且僅當頻率比α1/α2為有理數時，圖形會形成一個封閉曲線，且會有重合與不重合兩種情況，將兩種情況分開討論，對於任意給定的頻率和相位差，我們求出了Lissajous曲線的二重點(double point，指曲線與其本身相交的點且曲線在該點的兩條切線斜率是相異的)參數值及其個數公式以及判別其重合與否的充要條件，也對Lissajous曲線的連續性質做了一些研究，包括切線斜率、反曲點個數等。並將Lissajous曲線拓展到三維的情況，發現大部分的情況下圖形是沒有二重點的封閉曲線，也得到了在固定頻率比的情況下，二維Lissajous曲線相位差的改變即為三維Lissajous曲線在空間中旋轉的投影這一有趣結果。

本研究主要將過去做成水球狀之Ooho(以海藻酸鈉和乳酸鈣反應所製得晶球)改製成平面薄膜(後續以減塑膜稱之)，並做一系列探討，以期能取代市售紙杯內部淋膜。 由實驗結果得知，以2.0%海藻酸鈉水溶液與5%乳酸鈣水溶液反應10分鐘，即可得表面較為平整一致之減塑膜。且選用低溫烘乾對減塑膜性質變異較小，因此可承受較大拉力。再進一步探討減塑膜所能承受溶液酸鹼性範圍及盛裝溶液時間長短之相關性。由拉力量測的實驗結果，發現減塑膜浸泡在市售飲品pH範圍溶液中變異不大，能運用於短時間盛裝溶液。接著自製環保紙杯盛裝液體，證實有其實用性。最後將附有減塑膜的紙杯回收製成再生紙，發現其在製程處理上優於回收市售紙盒製作之再生紙，且用途較廣。

為開發低糖果醬，本研究以高甲氧基果膠 (HMP)、低甲氧基果膠 (LMP)、愛玉子果膠酯酶 (PME)、榕屬植物果膠改變條件製作果醬，並發展黏度測試裝置測試品質。首先，以HMP製作果醬，需糖及酸產生氫鍵凝膠，含糖量55%以上方可達市售品質；檸檬酸濃度0.2%以上黏度最佳；且靜置可使黏度提高。以LMP製作果醬，添加0.05%CaCl2可減糖至50%，再減少檸檬酸可進一步減糖，但靜置會使黏度變差。混合HMP與LMP在低糖環境無法提升果醬品質，但在HMP中加入愛玉子PME攪打，會發生去酯化反應及轉醯基反應，24hr後黏度提高可製作果醬。薜荔與大果藤榕果膠性質接近HMP，可作為果膠替代品，且在HMP中添加大果藤榕果膠可提高黏度進而減糖。最後，本研究結合上述發現提出數種35～50%低糖果醬製程供大眾參考。

科學攤位上的空氣炮引起我們的好奇心，於是和同學開始研究如何做出威力較大的空氣炮，實驗發現： 1. 空氣炮內的氣體形成「完全發展流」時，衝出的威力最大；若筒長太長，反而會因為筒壁的黏滯力使衝力變小。 2. 孔形越接近圓形，越能形成清楚的渦環，讓空氣炮的衝力變大，氣流移動距離較遠。 3. 拉力增加時，因為形成完全發展流所需的進口區變長，最佳筒長也會變長。 4. 在拉力2 kgw時，製作空氣炮的最佳比例為：「孔徑d：筒徑D：筒長L = 1：2：9 」。 5. 通常製作空氣炮時，桶子的筒徑和筒長已固定，以筒徑的46~51%做孔徑，也能做出衝力較佳的空氣炮。

經過本研究發現分子量大的PVA流動性小，較為黏稠，市售膠水應該是使用較高分子量的PVA。設計測量方式來記錄交聯作用後的流動性、回縮性、沾黏性和出水性。發現PVA醇解度較高做出的史萊姆流動性較小，回縮性也較小，PVA分子量越大時，產生的史萊姆流動性越小，回縮性越大，越不沾黏。水分越多時，流動性越大，回縮性越小，出水性越大，沾黏性越大。硼砂量越多時，流動性較小，回縮性較大，出水性較小，沾黏性較小。與市售史萊姆性質最接近的成分為水重是PVA重的22-24倍，硼砂重為PVA重的0.08～0.11倍。硼酸根需在中性到鹼性的環境下，才能與PVA溶液產生交聯作用，且在已有交聯作用的史萊姆中加入酸性溶液會讓交聯作用破壞，而變回液體。

本研究透過文獻研讀瞭解美崙斷層的成因與歷史事件，經由實地考察、實驗模擬與地震資料的空間、時序與能量分析，對1951年與2018年兩次花蓮大地震進行比較。同時對0206花蓮大地震嚴重傷亡的雲翠大樓倒塌可能原因進行討論。 考察結果顯示0206大地震造成美崙斷層上盤出現水平滑移與逆向錯動，破裂位置與1951年重疊，嚴重災情出現區域與美崙斷層地質敏感區吻合。實驗結果顯示雲翠大樓傾倒主因是土壤液化所導致。震源分佈與能量分析顯示1951年大地震可能是菲賓板塊直接衝撞花蓮陸地所造成，而2018年大地震的成因則是隱沒帶的潛移帶動脆弱岩層的滑移與能量釋放，兩次大地震除引發的機制明顯不同外，所釋放能量的差異高達近50倍，美崙斷層仍含很多未釋放的能量。

林口是個正在都市化的地區，在都市化的過程中使得綠地面積逐漸縮小，因此本研究透過實地野外調查，利用綠地中雜草的種類及分布，探討人為除草頻率對環境的影響。結果顯示：開發程度越高的環境，在無遮蔭處，外來種的比例會下降，植被生物多樣性也會隨之提升，植物科別數會越多，在有遮蔭處則反之。開發度越高會導致土壤酸鹼值較林口酸性紅土接近中性，土壤濕度則會因覆蓋率高及有遮蔭而上升；從新舊公園種數提升發現植群演替現象，顯示適當的除草頻率可提供更多植物播遷到此處的機會。本研究結果可作為開發中都市綠地經營管理的維護依據，經由定期除草，可穩定原生物種的分布數量，有效降低外來入侵物種的比例，有益於植被群聚結構的健全與相對較高的生物多樣性群聚。

為了更加了解「微生物分解塑膠之過程」，我們開始從周遭的土壤中做篩菌，並使用市面上常見的生物可分解塑膠PLA及回收場蒐集的PLA做為我們篩菌的目標物，透過觀察乳化過後的PLA透明度變化，找出最有效率的一株菌種，再開始進行純化，如此反覆操作，直到找到我們所需要的單一菌落。送去鑑定機構分析結果發現這株菌的酵素跟菌保中心專門分解PLA的菌都有產生PLA分解酵素的基因片段，同時這株菌是新種，所以我們將它命名為「HEY」。此菌在能與菌保中心的菌一樣分解PLA的同時，也能有效分解另一種生物可分解塑膠PHB，所以我們開始測定「HEY」對PLA以及PHB的分解效率。

我們實驗得知影響光傳輸聲音因素有：發射端的音源與接收端太陽能板的接法、發射端感應線圈的圈數、中間使用的介質、發射端的光源、太陽能板的選擇，均會影響聲音傳輸的效益。 經實驗發現要有效光傳輸聲音條件: 1. 發射端的音源要使用串聯，且正極要接接地，電感要接左右聲道，接收端太陽能板正極與接地相接，負極與左右聲道。 2. 發射端感應線圈建議使用圈數10圈且口徑為3cm。 3. 當發射端與接收端越接近且中心線左右徧移10度皆有良好效果。 4. 白光屬於短波的光源效果比長波的效果好。 5. 接收端太陽能板建議使用3V單晶矽效果最佳。 以上發現應用於學校國學情境區導覽時，學生可以由簡易的設備聽到介紹與說明。