全國中小學科展

第61屆--民國110年

地牛翻身全台震醒-結構的共振現象與減震對策

為了消耗地震時帶給建築物的巨大能量、並提升結構物抗震能力 ,解決地震帶來的困擾,因此我們探討建築物的共振現象、與裝設阻尼器及配置方式對減震效能之影響。本研究利用加速規-Palert、加速度測量APP-AccelView 、與振動平台等工具,量測自製之建築結構模型的受震反應與分析其共振現象,再加裝消能型阻尼器,並找出最有效之阻尼器配置方式。 本研究發現:(1) 振動平台的實測震度(gal)較理論值大,推測應是振動平台之滑軌平整度不完美所造成;(2)使用針筒作為消能型阻尼器安裝於樓層之間,減震效果顯著,而平均分布在結構立面的配置方式優於集中安排在低樓層,集中安排在高樓層者效果最差。因此,本研究建議採平均分布方式,可達最佳耐震效果。

從一個內切圓的問題想起

在一個三角形的內切圓上,任取三點連線成內接三角形,我們發現當此三點為切點時,可以找到許多與切點三角形有關的性質除了一一加以證明外,並推展至四邊形及更多邊形。

黏滯流體與固態粒子對馬克士威爾滾輪的物理影響及探討

將不同填充比例的黏滯流體放入直徑9.00cm的空心帶軸圓盤中(稱作黏流滾擺),以繩子繞圓盤軸芯捲至27.96cm高處落下,實驗發現填充比例為19.950%~81.145%時,相對其他填充比例的黏流滾擺以非常緩慢的速度落下,不會彈跳且圓盤角速度具有規律的週期性,當釋放高度大於10.53cm無彈跳填充範圍會一直維持在19.950%~81.145%,不受高度影響。相對無填充任何液體的空圓盤,黏流滾擺落下時間約為空圓盤的93倍。改以黏滯性較小的水作為填充液體則不存在無彈跳填充區域,且彈跳次數不如黏流滾擺有彈跳區域的彈跳次數。改以填充固態粒子(細沙),實驗發現填充比例4.242%~93.196%時,細沙滾擺會固定於高空而不落下。比較黏滯流體、水、細沙三種填充物質,黏滯流體緩衝效果與穩定性最佳。

太陽能長滯空定翼無人機- 4G LTE 遠端影像數據監測及應用於 PM2.5 之分析

世界各地也開始提倡能源永續發展,又因近幾年無人機相關產業日漸增加,我們團隊決定把這兩個趨勢做一個整合,透過太陽能輔助系統讓傳統無人機的續航有所提升,未來搭載 各式感測元件與攝像頭的組合與搭配可運用在各式場合作探勘與量測之作業。

圖形化物聯網小型折線機之研究

生活中網路商店或夜市常看到業者手工用鋁線在折造型,這些造型必須應用手工方式生產,所以生產效率及重現性低,且這類型的塑性加工在課堂上我們只能觀看一些影片來教學,無法實際進行操作。本專題用單折彎頭來進行金屬線之折線加工,以課堂所學知識及加工技術背景進行開發,主要以3D列印機的Arduino+RAMPS1.4控制器為基礎,自行設計及加工折線機構、進線機構、轉軸機構與螺桿機構開發出小型折線機。利用Python程式語言開發出將圖型座標轉換為NC碼,透過MT7688物聯網方式,直接控制所需的機械動作,做出所需的作品,讓使用者只需畫圖即可做出成品,不需學習機器控制語法。本專題可自動化加工生產、具有3D折線功能、折不同軟硬度的材料、操作介面簡便、體積小、成本低。

光纖通路

n個城市建立光纖網路,以最經濟的連接方式,需(n-1)段連線,探討共有幾種建立方法L(k,n) (但限定城市標號差不得大於k,k∈Ν),我們依照條件逐步排出,驗證資料[2]中的發現,當k=2時,得到規則L(2,n)=3 L(2,n-1)- L(2,n-2) ,n≥3,而前後兩項的比值正是黃金比例的平方((1+√5)/2)^2=(3+√5)/2≈2.618。接著,我們繼續探討L(3,n)各項的值,並尋找關係式,發現前後兩項的比值似乎也趨近於某個定數。另外,我們觀察到,若k=n-1,則L(n-1,n)=n^(n-2),這就是凱萊公式[7]。因此我們繼續以『橫排推移』的方式探討並發現L(n-2,n)的公式。在L(n-3,n)在經過多方面的嘗試,我們也發現它跟n有規律性的關連,進一步地研究終於提出它是n進位的式子的猜想。另外,我們也以生成樹來探討我們的問題,並引用基爾霍夫定理矩陣[6]來計算我們的推理,證明吻合。

以修飾奈米金屬之氧化銅電極催化亞硝酸鹽之定量檢測

本研究利用奈米CuBr作為前驅物置換上修飾金屬,且以電氧化法使其成為摻雜奈米金屬之氧化銅電極,用於檢測亞硝酸鹽的氧化。研究發現:自製的奈米鈷金屬氧化銅電極(Co-CuBr/CuO NPs/GCE),採循環伏安法檢測亞硝酸鹽可產生明顯氧化峰,催化且降低其氧化過電位約0.2 V,電流亦顯著提升。此電極偵測NO2―(aq)濃度範圍為50 ~ 25000 μM,靈敏度達1.94×104 μA / mg·mM。此外,在有干擾物存在時,Co-CuBr/CuO NPs/GCE偵測NO2―的選擇性極佳,應用於人工尿液的偵測極限可達10-6 M,且計時電流法濃度極限達74 μM,靈敏度極佳(2.23×104 μA / mg·mM)。本研究採用CV與CA方法確認自製修飾電極的偵測靈敏度相當且再現性佳,可有效檢測並催化亞硝酸鹽氧化,並可應用於尿液篩檢,達到簡潔永續效能。

層狀高積雲與天氣變化之探討

我們這次研究,首先嘗試從斜溫圖分析穩定層與濕度對層狀高積雲(ACS)有何影響:(1).我們發現穩定層底部的高度愈一致,ACS的層狀結構就愈能維持住;(2).濕度決定ACS的雲量;(3).穩定層是經常性的、大範圍的分布。其次,我們也由雲系變化來探討ACS的形成方式:(1).若當天一早就出現ACS,大多是受到外來系統的影響─①鋒面的接近、②冷高壓系統的移動、③颱風的外圍環流、④華南雲雨區的東移或南方雲系的北移,而不同系統所形成的ACS雲況通常也具有某種規則性;(2).在雲系轉換方面,我們發現高層雲、積雲、卷雲和卷積雲都可以轉換成高積雲;(3).甚至在晴空之下,也可能突然就誕生出ACS。

生石花葉窗、蛻皮與擬態機制探究

本研究以生石花屬(Lithops)為主題,依據生石花特殊之葉窗構造及單寧酸(Tannin)分布重新定義品種,並探討其葉窗特殊透光、蛻皮與擬態機制,結果發現單寧酸(Tannin)聚集於其特殊葉窗形成點狀分布(單寧點),其作用有保護植株避免受強光傷害的效果,若突發強光,會導致單寧點擴散並融入葉窗表面,阻擋紫外線入侵。葉窗主要是調控不同輻射波長的進光量, 藉由儲水薄壁組織(water storage parenchyma)折射光線,導入葉綠體聚集。蛻皮方式為老葉在新葉成長過程,其細胞完全脫水萎縮,將養分與水分提供給新葉,並騰出空間讓新葉成長, 蛻皮時水分介入的時機,會改變蛻皮結果,甚至導致蛻皮失敗植株死亡。生石花擬態行為, 實驗證明非單寧酸作用,而為葉綠素受光產生量的變化所致。

「殼」已再生─垃圾變黃金

本研究想了解如何利用馬祖餐桌上的美食淡菜所剩餘的淡菜殼,利用天然的淡菜殼廢棄物當材料,以環保意識的概念,去探討淡菜殼再利用的可能性。利用不同顆粒大小、水煮與烤過的淡菜殼添加不同比例的石膏和相同比例的水,找出最佳的吸水率組合,並探討其耐重性,是否易斷裂,進而瞭解是否有再利用的價值,期望有機會能進一步研究出更好的淡菜殼相關產品,點廢殼成金,為地球環保盡一份心力,也發掘淡菜殼的新出路。