第62屆--民國111年

洪新富老師有張隨著開合旋轉的紙雕名片，我們好奇： A、如何製作會旋轉的紙雕？ B、其旋轉角度有無規律？ 在分析探討後發現： 一、在菱形結構中，當摺線呈階梯狀，就能旋轉； 二、在鳶形結構中，要旋轉還須：「中線至較大剪角頂點距離」 ≥「中線至較小剪角頂點距離」－「第一層和第三層剪線在對摺線上的間距」。 三、菱形和鳶形結構，不管每層剪角是否相同，相鄰兩層的旋轉角度皆會相差 「180度－第n層起始處與第 層起始處的夾角」， 其中每層剪角相同的結構，相鄰兩層起始處夾角為一個摺角。 四、在圓形結構中，當摺線呈階梯狀，且摺角不等於180度即可旋轉，其中 若摺角皆＜180度，則逆時針旋轉，若摺角皆＞180度，則順時針旋轉， 且旋轉角度都隨層數遞增。

妙妙圈(slinky)是一種預力彈簧，未伸展時彈簧會聚合並且需要外力才能將其分開。將其上端懸吊，重力會使彈簧局部分開，釋放其上端後，下端會在空中漂浮一段時間，直到上端逐漸向下聚合並與下端聚合段接觸時，整體才開始落下。在既有的權威研究中，認為漂浮時間是縱波從上端傳遞到下端的所需時長。 本研究以光電計時器精密測量漂浮時間後發現，漂浮時間與縱波所傳遞時間並不相符，反而與聚合段的落體時間吻合。為此，我們推導了在妙妙圈下方懸掛重物後，聚合段的落體時間，並與實際測量的漂浮時間比較，發現兩者完全一致。 這結果除了顯示彈簧下端的開始移動確實並非縱波傳遞所造成，而且本研究所推導出彈簧下端漂浮時間的公式確實正確可用。

本研究是探究臺灣在1998~2021年的氣候變遷現象，主要是以國小學生生長階段的視角將中央氣象局臺北、臺中、臺南測站的氣溫和降水觀測資料分組和統計，藉以比較近6或12年與出生前12年或氣候平均值的差異。結果發現：氣溫方面，三測站近年各月平均氣溫多為加劇上升，出現警報高溫的時間倍增，並以5、6月和臺北測站最顯著；日最高溫和最低溫的眾數落點皆上升1℃，但三測站日溫差升降趨勢完全不同。降水方面，三測站近年的降水增減趨勢不同，但各月平均降水量距平值皆小於50mm。此外，扣除颱風影響，豪雨等級的強降水發生次數在三測站都有增加，並以臺北測站豪雨占強降水比例增加12倍的變化最劇烈。綜合上述，可以得知臺灣近年的確發生劇烈的氣候變遷。

臺灣在2021年受到缺水與疫情的影響，本團隊以DFC學習法來釐清相關問題，將「防疫勤洗手產生的肥皂水經處理後，供植物灌溉使用」作為研究構想。根據國小課程「水污染與防治」、參訪污水處理廠和相關文獻，得知「活性污泥法」常應用於處理生活污水。故決定以活性污泥法的原理自製處理器來處理肥皂水，本研究的前導實驗在培養污泥及篩選試驗用肥皂水，而主題實驗的變因有肥皂水濃度、肥皂水添加活性污泥混合液的比例及曝氣時間，經研究得知合適的處理條件為肥皂水濃度 2.5 %(含)以下，肥皂水與活性污泥混合液的比例為1:30 ~ 1:10 ，且曝氣至少1 h，經綠豆發芽驗證得知再生水優於自來水。期望透過本研究的自製肥皂水處理器為防疫與水循環永續盡份心力。

本實驗利用光譜儀測量煙霧和水霧的散射光，探討當煙霧與水霧濃度、與煙霧距離、與煙霧和水霧夾角不同時，散射光的特性與能量變化趨勢。結果顯示，同光源下，水霧濃度越高，散射的能量越強；且不論在煙霧還是水霧中，波長越短，散射光強度越大。同濃度下，與煙霧距離越遠，散射光強度越低，其強度與距離平方的倒數成正比。同濃度下，散射角度越接近0和180度，散射光強度越大；散射角度越接近90度，散射光強度越小。

本研究探討避債蛾(Eumeta japonica(Heylaerts)) 幼蟲做蓑巢進行防禦與蓑巢對成長各階段的防護。結果一濕度達80%以上與受到重壓因素，幼蟲會脫離蓑巢，離巢後能重做3~10個新蓑巢，幼蟲體重平均是巢重2.348倍、蓑巢長平均是幼蟲長的1.542倍，可使在內幼蟲獲得保護。結果二幼蟲以12.5±4.3gw拉力封住巢口，阻擋天敵入侵；排出軟便混體液含少許鹼性物，對螞蟻有忌避效果；當天敵入侵，體長可縮小0.92±0.23cm，可增加巢內移動或逃避的空間。結果三初齡幼蟲做蓑巢生存率為26%，塗抹體液後升到88%。結果四結蛹絲束能承受589.3±63.5g，保護蛹體安全蛻變到成蟲。

靜水中產生上升水流，淨化生態養殖池或水族箱。據第一版阿基米德泵實驗發現阿基米德泵浮球對轉速和流通量影響不大，浮球可供泵浮力及作雜質上升軌道，浮球大小隨氣泵總重量調整。氣泵水流出口扇葉，支撐力低，產生阻力，製作過程應強化扇葉結構。集污斗導管曲率半徑大，除污效率佳。當打氣機的氣孔密度為3孔，對流佳，除污效率高。水深處的螺紋密度應疏以降低阻力。我們將設備改良為第二版氣泵，由於體積大效果不佳。經改良，我們設計出效能佳的第三版牛頓泵，實作後發現製泵時，泵出口位置低於水平面，讓出口角度與轉軸成切線，轉速快；在合理範圍內，打氣機氣壓強，排污量大。希望透過我們的研究，可研發出節能環保的「水池、水族清潔系統」。

為改善環境噪音(多在80~160 Hz中低頻)，探討裝潢用密集板在開放環境中對噪音改善的效果。近年因COVID-19防疫，產生大量用過但環境無法消化的口罩垃圾，因此想善用廢棄口罩加入密集板，探討多層結構，並比較校內樹種對中低頻的吸音效果。 實驗顯示，密集板內孔距4 mm、孔徑5 mm、孔深15 mm及厚度15 mm時，對100 Hz頻段的吸音效果最佳。最佳孔深若取板厚深度會造成穿透，讓密集板不易清理，故採孔深3.75 mm，效果次之。加上口罩材質作夾層，嵌入吸音孔內，內層複合不織布面向音源，音量動態變化率多增加55.5 dB/s。另，發現植栽中二葉松吸收中低頻噪音效果最佳，樟樹、茄冬與榕樹次之。

在雙擴散的研究範圍，都只看到物理理論的研究，卻少有研究利用實驗來驗證。因此，我們以過錳酸鉀（KMnO₄）當成可追蹤的染劑，將它水平或垂直緩慢倒入一個上、下層有不同梯度的水域中時，首先發現了鹽手指的產生，此現象為雙擴散對流的一種，再來確定了只有一梯度差時不會有鹽手指後，聚焦在不同（溫度、濃度）梯度差時，對鹽手指的圖形、擴散速率以及擴散分層深度的影響。接著我們深入探討海洋學中的溫鹽環流，以水泥製作海底地形，來模擬直布羅陀海峽的雙擴散對流，探討高溫、高濃度的地中海海水，流入較低溫、低濃度的大西洋海水時的擴散速率以及擴散圖形並模擬冷流與暖流的雙擴散現象，希望對「雙擴散現象」有更深的了解。

據2017年台電歷年售電量統計，撇除佔了七成多的工業用電，佔比最多的便是住宅用電。住宅用電中，第二耗電的家電為冷氣機。雖近年冷氣機大多為變頻冷氣，能夠減少耗電，但因臺灣位居亞熱帶，常年氣候炎熱潮濕，於夏季時許多家庭會開著冷氣長達十小時。因此，冷氣耗電一直都是每個家庭的問題，冷氣帶來的溫室氣體也是每位人民該重視的問題。秉持減少家庭用電的理念下，我們以蝴蝶鱗片為發想作機構、銀蟻反射陽光（反射長波，並吸收短波）原理為塗料，設計出了烈日當空時，可以主動追日，使屋頂板角度呈現與太陽垂直之狀態，最大化的反射太陽熱能，藉此改善夏季熾熱的源頭，進而解決冷氣耗電，間接減緩地球暖化之議題。