探究精神獎

「球」好撞撞—球體撞擊平面移動及滾動之探討

我們發現了球撞到平面後有回彈的現象,我們設計了幾個實驗來了解並探討這個現象。本實驗主要探討當球體水平撞擊各個垂直平面之後所損耗的能量、球後續的運動狀態以及兩者之間的關係。我們觀察到:碰撞損耗量與碰撞面材質有關,而碰撞動能損耗率且後續運動狀態與入射速度、球與地面的摩擦係數......有關,而實驗可看出,當球體撞擊摩擦力越小,且碰撞損耗能量越大的平面,越容易造成球的回彈現象。

坑坑洞洞的秘密-探討隕石坑型態及形成原因

本研究的主要目的是探討隕石在不同撞擊條件及不同落下地質環境對撞擊坑大小的影響。分成實驗與電腦模擬兩部分:實驗使用自製模擬實驗設備上,使用體積、質量不同的鋼球作為撞擊物,被撞擊物經多次實驗後,採用麵粉上面鋪上粉筆、鹽或細沙;而模擬利用Impact Earth模擬器來模擬隕石進入地球時所產生的隕石坑。利用實驗結果推測月球隕石坑的撞擊角度和產生隕石坑所需的能量,進而推測外星天體上造成隕石坑的隕石大小和撞擊角度。研究結果發現,撞擊物動能愈大的隕石,坑洞大小、震波大小、散射的角度與散射的距離也呈正相關,而被撞物表面材質越軟、厚度越厚,相關坑洞數值也越大,但是,模擬中卻顯示,和地面的夾角愈接近90度的隕石所造成的隕石坑愈大。

『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。

陣頭囝仔 曙光再綻

一般社會大眾若是論及「陣頭囝仔」,常常習慣和問題青少年連結,「逞凶鬥狠」、「街頭滋事」、「輟學鬼混」等負面刻板印象一一浮現;然而位居臺中的九天民俗技藝團,卻將逐漸被污名化的廟會文化陣頭轉型為專業表演藝術團體,團內的青少年學員不打架、不鬧事,一律被強力推回正規的教育體制就學,並透過技藝學習和嚴格紀律,恪求導正其偏差行為與價值觀。因此,本研究以九天民俗技藝團的十位學員為樣本,運用採訪、觀察和問卷調查等方法,並與彰化縣政府委辦預防中輟發生的國中合作式中途班——晨陽學園及向日葵學園進行對照分析,試圖探究九天的教導模式在迷途青少年身上發揮哪些正向感化的作用,以達到撕下並翻轉「陣頭囝仔=壞囝仔」的貶義標籤。

Velocity V.S Sticky—探討速度和黏滯性的關係

生活中會使用各式各樣不同的黏滯性的液體。黏滯性不同,造成物體掉落時的阻力也不同。本研究利用自製斜坡和自由落體模擬器裝置產生不同的初速,使鋼珠滾入和垂直掉入裝載不同黏滯性液體的量筒中,探究其阻力與黏滯係數變化差異。實驗結果顯示,膠水黏滯性最大,鋼珠進入膠水過程中速度變化量亦最大,而不同溫度的水,對鋼珠在滾動時並無顯著影響,而當鋼珠滾動進入液體中時,帶動不同黏滯性液體運動,使得其阻力產生振盪的有趣現象, 且其黏滯係數在球產生滾動時,呈現震盪變化。而當球自由落下時,球不滾動,黏滯係數將維持較穩定的數值。

星空地圖-自製渾天儀(立體星座儀)

星座盤是常見用來觀測星星的工具,它適用在觀察者面對北邊(南邊)的天空,但是平面星座盤上的星座圖案,與我們直接望向立體星空所看到的圖案會產生一些形狀上的差距,如果我們用它比對東方或西方天空中的星座,則變形的問題更大。為了改善星座盤的問題,我們藉由古代中國渾天儀(渾象)的概念,結合現代西方的天球儀,加上透明天空模型(上面標示有經度、緯度線,用來模擬星座盤的方位、仰角網線圖),使它整合成為立體星座儀(新式渾天儀)。只要給定觀測地點的緯度,透過日期盤、時間盤刻度的對齊,就可以知道星星的方位角、仰角,而這原本是需要經過複雜的數學運算才能得到的,所以我們的作品也可以說是簡單好用的手工天文計算機。

減震行不行-論改變地基密度分布的減震效果

本研究旨在利用地震波在通過介質後的干擾性質,改變建物地基密度分布以減輕地震的地表振幅。本研究中分別以自製程式進行地震波數值模擬,並利用實際地層模型進行震動實驗,驗證此構想的可行性,並找出最佳地基密度分布。 模擬程式以利用簡化的力、加速度、和質點性質的關係,進行地震波表面現象的模擬,將結果繪製成3D圖表觀察其地層變化,並比較出減震效果最佳的密度分布。實體模型根據實際地層資料製作,利用國家地震中心的地震機台模擬真實地震的地動情形,與程式結果比對。結果顯示與數值模擬的預測相符,在現實中也可減震。此工法可實踐在城市中,與有抗震工法相比,具有可針對大範圍減震的優點。也可與其他抗震工法互相搭配提升減震效果。

觸媒紙合成暨可重複使用之探究

目前大部分有機實驗使用的催化劑為貴重金屬,例如Pd, Pt, Ag等,成本高且使用後難以回收,因此,我們研究於將奈米銀粒子合成在濾紙上的技術,使用微量移液管直接將定量硝酸銀溶液滴於濾紙上,其後利用浸泡NaBH4還原奈米銀粒子,所合成的金屬奈米銀粒子的反應表面積較大,具有良好的催化性質。此外,利用合成奈米粒子於濾紙上,濾紙反應完僅需洗淨烘乾,附著於其上的奈米粒子即可再進行催化,達到可重複使用的效果,避免一般有機實驗催化劑無法重複使用的狀況,減少資源浪費。 我們藉由4-NP(4-硝基苯酚)→4-AP(4-氨基苯酚)有機反應,經化學動力學探討觸媒紙催化效果,製備較一般催化劑低成本、製作簡易、催化效果佳且可重複使用的觸媒紙。

水磨力—水生植物與水流之相關探討

本研究旨在探討草本水生植物的生長狀況和水流流速以及水流搬運作用之關聯性。 在室內水流模擬實驗當中,我們選用了矮莎草(Cyperus pygmaeus)和美洲苦草(Vallisneria americana)作為挺水性和沉水性植物的代表,針對水生植物生長的位置、水生植物的密度和排列方式、以及不同的水位高度的狀況下進行關於水流流速的計算和比較。 從實驗中我們得知,當水生植物前後多層次緊密排列時,對於流速會造成較大的影響,而美洲苦草對水流的影響較隨排列和水位不同而變異;除探討流速之外,我們亦嘗試直接進行植物與水流沉積作用的模擬實驗,在有植物存在的狀況下,會使水中搬運的沙土更容易沉積,而這結果在溪沙方面更加明顯。

斑斑可考—斑葉植物與環境因子

本研究藉由調控各項環境因子,歸納斑葉植物與環境因子間的交互作用,進而比較不同成因、屬性的斑葉植物應變相同環境因子的策略差異。研究顯示,光限制、非光限制均會讓化學性斑葉植物啟動自體調節,且在相同控制變因項中,葉綠素濃度變化量與斑紋面積比例之增減多成負相關。越高的溫度、光合有效輻射值和灌溉源pH值,以及過多藍光,會使葉綠素濃度的變化量下降;且每日八小時的光照,相對而言是最不利於斑紋成長的光期。我們也比較了面對低光環境時,兩種成因不同的斑葉植物。黃金葛與銀后粗肋草各葉區的葉綠素濃度變化,化學性斑葉──黃金葛在低光環境的葉綠素濃度變化量較正常情況為低;物理性斑葉──粗肋草則完全相反。