第58屆--民國107年

本研究實驗探討，海水經過各式消波塊及各種形狀蚵殼生態人工礁，用不同形式排法之離岸堤，來觀察沙灘流失變化及流失量最大值，進而了解離岸堤上消波塊與蚵殼人工礁應如何排列，提高蚵殼生態人工礁來當離岸堤之可行性。 首先自製起波器，波浪週期5秒、沙灘斜角10度來實驗，實驗過程發現，一字堆疊排法離岸堤以協克塊消波效果最好；天允塊一字形、弧形堆疊排法離岸堤效果差不多；分段堆疊離岸堤以協克塊圓形堆疊效果最佳。各式消波塊，離岸距離較近，消波效果較好。 最後協克塊與蚵殼人工礁消波比較，蚵殼人工礁效果較佳，若要以一字排法來當離岸堤，以圓形蚵殼人工礁消波效果最佳，若要以分段排法來當離岸堤，以斜45度橢圓形排法消波效果最佳。

本研究考慮的主要問題： 若非常數之連續函數f滿足∀m∈N,∃P(x)∈C[x] s.t.f(mx)=P(f(x))，其形式應為何？ (一)、若考慮函數範圍為解析函數，則f(x)的形式必為下列三者之一： (1).axn+b (2).akxn +b (3).acos⁡(kxn)+b，其中a,b,k∈C、n∈N (二)、若將考慮函數範圍改為：連續函數f:[0,∞)→C，則f(x)之形式必為下列三者之一： (1).axk+b (2).akxn +b (3). acos⁡(kxn)+b，其中a,b,k∈C、n∈N

本研究根據「騎士巡邏」的數學問題做出延伸，主要探討在連方塊 (polyomino) 棋盤上 擺放黑白各兩顆棋子，以西洋棋中的騎士走法，進行位置互換，並透過圖論工具，分析移動騎士的一般策略。在後續研究裡，進一步推廣原先探討的問題，例如考慮其他形狀的自由連方塊，並嘗試歸納出由連方塊所引出路徑圖的連通性。最後我們將原來問題化縮為圖同構問題 (graph isomorphism problem)。

本實驗研究物體在液體中運動與阻力的關係，物體在液體中運動所受阻力與多項變因有關，本研究探討鋼珠直徑大小、鋼柱直徑大小、落入液體種類、破水時鋼珠轉速與阻力係數的關係。實驗設計將物體離液面固定高度時使其掉入液中以高速攝影機錄下鋼珠軌跡，再以tracker分析時間與鋼珠落下距離數據，探討物體在液體中的阻力係數。 在實驗分析過程中我們嘗試建立一個數學模型，將理論值與實驗數據做比較。最後得知鋼珠之阻力係數與鋼珠直徑平方成正比，圓柱體之阻力係數與圓柱體底面直徑平方成正比；不同體積百分濃度的洗衣精，其阻力係數相關呈w形；物體旋轉轉軸與落下方向垂直，轉速愈大阻力愈小；旋轉轉軸與落下方向平行，轉速愈大阻力愈小。

一則網路影片用皮鞋開酒瓶塞，引起我們的好奇，背後的原理和影響因素是什麼？經討論及資料蒐集，設計實驗並自製撞擊器來控制撞擊力，希望找出原理和影響的因素。發現：撞擊力須透過液體傳遞，且液體量要足夠；撞擊頻率高有較佳的瓶塞移動效率；撞擊力傳遞至瓶塞須大於瓶塞及瓶口間的阻力才能使瓶塞移動；瓶身角度須水平置放；墊子的緩衝性太好會吸收撞擊力，可能無法克服瓶塞的摩擦力；不同材質及不同表面性質的瓶塞會影響瓶塞移動的成功率；容易產生氣泡的液體，瓶塞移動成功率較好，黏滯性高的液體則較差。瓶塞移動的主要因素是靠撞擊力的傳遞來推動瓶塞，可以用流體力學的白努利定律來分析，而空蝕現象的發生則有助於瓶塞的移動。

「氣動式軟型人工肌肉機器手自製復健輔具」以氣體當作動力，且以矽橡膠作為承受載具，結合纖維增強結構設計，當矽橡膠載具空腔充氣後，造成特定應用要求方向的彎曲，模擬帶動手部肌肉重複運動狀態，達到手部的復健效果。 我們開發了柔性氣動制動器的簡單製造方法及便利的測量系統，如柔性氣動制動器加氣壓時產生力曲率半徑，扭曲，延伸軌跡和制動期間的輸出表徴。為了操作模擬柔軟的機器手套，設計人工操作氣壓控制系統，包括氣壓分流閥和閉環調控閥以調節壓力，而設計了柔軟機器手復健手套的系統雛型。 根據熱能鬆筯的生活觀察，結合遠紅外線加熱纖維布及自製多型柔性氣動彎曲制動器，製作了第一款方便可攜式柔軟並加熱的軟性機器手復健手套系統。

蚯蚓自然農法是以「環境和生物共生共榮」的方式來種植作物，本組希望創造一種能在都市狹窄空間，利用生廚餘和蚯蚓改良土壤性質、不用化學肥料的自然栽種農法。實驗發現在光度為476±10lux 的白光環境下，蚯蚓的負趨光行為最明顯；在電磁波為38mG的環境下，蚯蚓鑽入土壤中的速度比沒有電磁波的組別快。在飼養蚯蚓方面，除了分析不同材質養殖箱的優缺點，也發現有46.67%的蚯蚓會鑽入混有百合花瓣的家用土中，比例較培養土、蔬果還高。另外，在蚓糞與植物生長情形的實驗中，全蚓糞土所栽種的空心菜，不僅全株乾重最大，且長度超過5公分的葉子平均有54片，蚓糞土比例越低葉片數越少。實驗最後，本組推薦自製蚯蚓塔作為栽種媒介。

梯子是使用在具有高度作業的工具，在不同作業方式下，衍生出不同的梯子。梯子雖方便，但在梯子收合後，無其他的用途，師傅在中午休息時沒有更好的休息環境，師傅在休息上工時，以疲憊的身體以及心情來工作，對師傅的身心造成引響，進而影響到了施工品質。施工品質是非常重要的，要是因為這些問題影響到施工中建築物，那可是得不償失。為了使師傅能有更好的休息環境，一個能夠提供師傅施工時的方便以及休息時的放鬆工具就製作出來椅師傅最常用的梯子設計成可供休息坐、臥的床，讓師傅可以在工作之餘休憩使用。

日常生活所使用的洗手台、馬桶、浴缸等衛浴設備，為了阻隔下水道臭氣及防止小昆蟲進入室內，其排水通道上常設置一段彎折之存水彎，以儲水方式形成水封。本研究以洗手台之存水彎的幾何設計為主題，提出不同於傳統S型存水彎之新型O型存水彎幾何設計，並比較兩者在『水封儲水量』、『相對能量損失百分率』及『水流自淨能力』等效標的優劣。 經本研究顯示，O型存水彎之幾何設計，其『水封儲水量』明顯優於傳統S型存水彎，而在『相對能量損失百分率』及『水流自淨能力』兩項效標的表現上，兩者並無明顯的差距，基於存水彎需有足量的水封儲水量，才能有更高的防臭及防蟲實用性。故本研究自行設計之新型O型存水彎，其整體效標表現，優於傳統的S型存水彎。

為檢驗地下水的微量金屬，本研究修飾組裝可同時測定透光度及散射光的LED光電儀，微觀金屬與單寧酸作用，找出單寧酸適用濃度及金屬可偵測濃度範圍。研究中先以手機光譜儀測出單寧酸與金屬錯合的特性光譜，再以LED光電測定儀測定訊號觀察，推測其作用關係，試驗出適合檢測濃度條件。研究結果顯示，單寧酸對鐵及亞鐵離子皆會產生黑色錯合物，與其他金屬則產生沉澱。在低於濃度10-3M下只有鉛離子與單寧酸會產生沉澱。利用儀器的高靈敏度測量鐵離子與鉛離子對單寧酸產生的錯合物，經透射電壓值分析後，可成功量到10-6M鐵離子，而鉛離子則為10-5M。有別於一般的金屬檢驗方法，以單寧酸檢測法為創新且具穩定效果，成本低無污染，可用以測量出鐵或鉛的含量。