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第64屆--民國113年

香蕉皮的綠色守護者~以香蕉皮製作環保抑菌膜

台灣素有”香蕉王國”的美譽,香蕉的產量很高,相對地也產生大量沒有使用價值的果皮。我們從文獻中得知被認為没有價值的香蕉皮,其實富含有許多化學物質,其中單寧酸除了具有抑制細菌生長的功能外,也能作為抗氧化劑,甚至有幫助人體細胞對抗新冠病毒的功效。 本研究以香蕉皮來萃取出單寧酸再烘乾製作成抑菌膜,結果顯示未成熟香蕉皮中含有的單寧酸高達5.59 mM,並在大腸桿菌抑菌試驗中呈現出抑菌圈,製作成膠膜後顯現出較高的抗拉伸試驗為成熟的香蕉皮膠膜,抗拉伸力為136.31g。本研究成果可以為改善廢物處理方式、減少碳足跡、提高社會衛生水準等方面,實踐環保及社會責任作出積極的努力。這種創新的環保技術有助於人們更加關注永續發展,為地球帶來更美好的未來。

滅菌之「手」-探討左手香對抑制細菌的影響

本項實驗的理念主要以環保的觀念來探討左手香原汁、酊劑、純露在生活上抑制細菌的效果。實驗結論如下: 一、校園中不同地點的細菌數量存在顯著差異,對照組的細菌數量最多,其次是自然教室門把手上,然後是午餐桌,而則樓梯把手是最少的。 二、左手香原汁對抑菌具有一定效果,其濃度對抑菌效果有影響,原汁濃度越高,抑菌效果越顯著。 三、左手香酊劑和左手香純露均表現出一定的抑菌效果,尤其在液態皂中加入左手香酊劑或左手香純露可以有效減少手部細菌數量。 透過這次實驗結果可以發現,天然清潔劑在抑菌方面有一定的效果。未來在使用清潔劑時,可以選擇更安全、更環保的天然清潔產品來使用。

旋轉奧秘-吸管抽水之原理探討

這項研究針三角形狀吸管製成的簡易水泵進行探討。通過將三角形吸管浸入水中並繞垂直軸旋轉,水可以通過吸管流出。研究的目的是瞭解幾何形狀和其他相關參數對體積流率的影響。在理論模型中建構以旋轉座標系描述流體相對運動的方法。且考慮了外部力矩對控制體積的總和以及通過控制表面的角動量流動速率。在實驗中先以紅外線探測器連接至Arduino找出不同幾何條件產生抽水現象之邊界條件。再以可記錄數據之電子天平量測質量對時間關係,以得出不同幾何情形之體積流率。再以水滴之拋射距離得出最終速度,其中最終速度是指水流出吸管時的速度,以探討相關變因對其影響。數據分析中以Visual Studio Code和Python繪出擬合線與理論線進行比對,得出推導理論與實驗是相符合的。

擺磁必得其解!探討磁擺的運動行為

本研究旨在探討磁擺的運動行為,並建立物理模型及數值模擬探討磁擺運動。我們藉由磁擺擺動軌跡之分析、回復力矩測量及空氣阻力測量實驗釐清影響磁擺運動之重要因素。由實驗及模擬結果可知,磁擺運動中磁鐵棒主要受到重力及磁力之影響,當磁擺接近平衡位置時,磁力之回復力矩達到極大值而主導磁擺運動,而在擺角較大時則由重力主導。磁擺因接近平衡位置時的回復力矩增大,使其角速度、角加速度之變化皆與物理擺明顯不同;且磁擺於通過平衡位置時與支點平面發生碰撞造成磁擺動能損失。此外,當減小擺長時由於磁力不變,使得接近平衡位置之角速度越快,能量損失也越大,擺角衰減也越快。

鳩佔鵲巢

「鳩佔鵲巢」的題目中將喜鵲餵食的規則寫了出來,我們列出不同的狀態後確實找到所有答案,接著我們進一步將「鳩佔鵲巢」題目進行擴充,使題目中五隻喜鵲擴充到所有正整數,我們發現餵食的順序可以同餘來計算,進而研究找出其所有的答案,之後又加以研究總共吃到的喜鵲數量。

摺疊管的研究

我們將三浦摺疊運用在紙管上,發現能摺出「單位管」的條件為:8個全等平行四邊形(內角不為90度)相拼成V字形;邊長為1、內角為60度的平行四邊形拼成單位管,我們求出其最大體積約為1.5;而改變平行四邊形邊長與角度之間的關係,當單位管側面沿摺痕壓平摺疊後,能摺出3種不同樣貌。將N個相同的單位管洞連接起來,形成「N-單位管」2個相同的N-單位管共有4種拼組方式,拼組後能正面與側面壓平摺疊;我們用數個N-單位管相拼,發現能做出負重點朝上和洞朝上的負重結構,分別最少需用4個2-單位管垂直相拼和8個N-單位管水平相拼;若數個N-單位管拼組後只能側面壓平摺疊,則只需3個N-單位管水平相拼,就能做出洞朝上的負重結構。

磁鐵物理擺阻尼振盪之探究與應用

當以磁鐵做為擺錘的物理擺,並讓它在金屬面附近作週期振盪,經由實驗量測與理論擬合分析發現,本裝置會因電磁感應而在金屬面上產生渦電流,並對擺產生阻尼作用,其渦電流阻尼力是空氣阻尼力的18.4倍,進而使物理擺較快停止。進一步研究,發現渦電流阻尼作用力大小亦與金屬片材質、厚度、擺與金屬距離、磁鐵強度等因子相關,再者,因金屬的集膚效應,渦電流大小在金屬內的分布會隨著深度而呈現指數衰減;且此大小會受到金屬層間隙或是金屬面的不完整而進一步劣化。最後針對「減震」研究,經由磁鐵物理擺產生的總阻尼力以消除物體的振動能量增益達112%,較同質量的物理擺增益亦達25%,可實現較輕質量塊的物理擺式阻尼器在建築物防震領域上的有效應用。

不彎腰,來「抬槓」– 雙槓桿可抬升重物省力手推車的研究

本研究提出一種雙槓桿省力抬升重物之手推車設計,達到不用彎腰、省力抬升、自由移動三重目的。同時也探討重物被人體槓桿放大的情形、宣導正確搬重物姿勢。 我們自製關節頂點定位器、骨骼長度測量器、穩定施力測量器,用來製作人體模型並模擬、測量搬重物時的各種姿勢。研究發現:任何徒手搬運重物的姿勢,身體槓桿都會把重物重量放大,甚至放大到15倍! 為了能省力在室內搬重物,並突破市售電動升降推車只能垂直升降的缺點,我們在第二類槓桿的雙輪推車上裝了電動型第三類槓桿來抬升重物,利用縮小模型進行實驗,找出最佳組裝結構。 結果顯示,我們的創新推車可抬升重物96公分、省力75.4%,能靈活自由移動。而且成本只花三千五,成功達成目標!

四海聲頻—具近用性之水下聲音頻率測量系統建立與Phyphox軟體測量值規律探討

本研究自製消費性電子產品為基礎的水下聲音頻率測量系統,並探討不同變因對測量效果的影響。希望透過設置簡易且普及性高的器材,解決目前水下聲音測量儀器近用性低的問題,讓海洋噪音汙染相關研究可以更為普及,促進環境科學數據的收集效益。本研究使用Phyphox軟體分析頻率,發現音源頻率遞增時頻率差有規律的變動,於是深入探討頻率差成因並使差值最小。最後將此系統應用於實際水下聲音頻率測量,觀察聲譜的頻率分布特徵,辨識顯著背景噪音並驗證其實用性。

「藜」所當「染」-台灣藜的染色研究

我們以紅藜作為研究主題,使用帶殼紅藜來進行實驗。一、基礎染色:染液濃度高且重複上色後,可使染布有最佳色調與飽和度。二、媒染劑:事前浸泡濃度0.2%的白礬或綠礬的媒染劑,染布的色調與飽和度效果最好。並利用自製光度計測量加入媒染劑的染液,其亮度值有明顯變亮,離心後發現有沉澱物,驗證其有發生化學反應。三、助染劑:將布事前浸泡在自製無糖豆漿後,所得染布效果最佳。四、關注紅藜脫殼後的廢棄物,本研究以紅藜殼粉為染料,以白礬當媒染劑來進行染布,得到色調=347.7、飽和度=72.7% 的最佳染色結果。五、我們利用Arduino設計顏色檢驗儀,結合雷切研發製出「自動染布監控機」。同時將染後的紅藜渣培育繁殖,達到環境永續經營的環保理念。