第64屆--民國113年

去年我們在全國物理探究實作競賽被淘汰，主題是鐵尺的磁機械振盪器，賽後我們決定試著把它研究清楚。最初我們以為鐵尺的振盪行為類似繩上的駐波，但後來發現，鐵尺其實表現出懸臂樑的運動特徵。懸臂樑在建築學、結構和材料力學中很重要，在尖端科學的 AFM、STM、MEMS中也有應用。我們一開始使用 Tracker、Phyphox App、以及超音波感測器進行實驗，最終我們使用手機APP偵測鐵尺的聲學振盪，以及線圈產生感應電流，透過示波器偵測鐵尺運動的力學振盪，這兩種是我們創新的量測方式。鐵尺振動須用懸臂樑的力學解釋，理論包含 sin與sinh 函數。我們在聲學、力學振盪的實驗結果是互相驗證的，並與懸臂樑理論預期的頻譜一致，驗證了鐵尺的振盪為懸臂樑的運動形式。

以藍曬為主題，利用掃瞄器檢測標準普魯士藍(Pantone色票2196U)，並搭配PS軟體取得平均值進行色彩分析，成功找到感光液比例50:50(檸檬酸鐵銨:鐵氰化鉀)、感光50秒時，在素描紙上可製作顏色RGB：R21 / G80 / B133、HSV：H208 / S84 / V52的標準普魯士藍。 為了增加色彩，我們利用不同的感光時間製作漸層普魯士藍，並進一步將其浸泡於不同酸鹼pH值溶液，結果成功發現： ①浸泡於檸檬酸、雙氧水、氯化鈉時，顏色維持藍色，但因浸泡時間、pH值不同，顏色有明顯的亮度、深淺差異 ②浸泡於碳酸鈉、磷酸三鈉時，顏色為黃棕色系 ③浸泡於單寧酸時，顏色呈現藍黑色系。 最後，我們將結果應用在不同材質中，成功製作色彩豐富的藍曬作品，讓「古代攝影工藝」有新發現，符合SDGs11永續城市之目標！

本研究旨在探討「帕隆多悖論」，將兩個容易賠錢的賽局遊戲A與B遊戲合在一起進行，卻能變成容易賺錢的賽局(遊戲C)，這是違反常人直覺的現象，因此我們想探究其中的機制、原因和成立條件。 我們以「執行遊戲A和B之特殊組合」、「執行遊戲A和B之機率」和「遊戲A和B的賺錢機率」為實驗變項，應用Excel和Scratch模擬各情況之期望值，來探討帕隆多悖論成立的條件。最後，將研究發現結合專家訪談，找出在市場機制中的實際案例。 發現遊戲執行組合的影響最為關鍵，而且在執行遊戲A的機率為41%時會有最高的期望值。最後，我們找出帕隆多悖論在三種以上賽局成立的情形與必要條件，也歸納出各變項對於獲利影響程度 差異 及賺錢的關鍵週期 。

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！

本研究探討非牛頓流體阻尼位於地上不同樓層及地下室的減震效果。我們以樂高動力積木搭配伺服馬達及程式控制器自製地震模擬器，體積較小，且能透過調整程式的功率模擬不同震度的S波，進而討論不同震度在相同變因中的差異。此外，我們為建築物設計地下室結構，並將非牛頓流體阻尼放入地下室外牆，觀察減震效果，實驗得知，地下室外牆放入阻尼皆較填入輕黏土更減震。同時，我們也製作不同長細比及不同建材的建築，分析數據後得出最減震、最具安全性的結構比例和建築材料。並比較建築上不同重心高度及搖晃時間長短對非牛頓流體減震效果的影響。最後，利用Arduino超聲波測距模組進行建築傾斜觀測，提高建築各面向的安全性。

台灣厚蟹與雙齒近相手蟹是二仁溪河口的優勢蟹種。台灣厚蟹蚤狀幼體具趨光性，幼蟹棲息在高潮線以下，成蟹則在高潮線以上。遇敵會舉起螯足威嚇或躲入洞穴避敵。雜食性，母蟹會吃自己卵堆。幼蟹在水陸交接挖洞，成蟹在遮蔽物下方挖洞，遮蔽物愈大，挖洞率愈大。土表有水挖洞率較高。從石膏模型顯示洞底有膨大空間，洞穴側面像襪子。大多一蟹一洞穴，洞穴先搶先贏，主場蟹會趕走客場蟹，不會固定住某洞穴，會整地並變換洞穴。台灣厚蟹會在人造洞穴棲息，無法辨認自己洞穴。雙齒近相手蟹挖洞率低，洞口寬，愈往下方愈窄，洞底無膨大，洞穴側面像釘子，土表多水會挖水溝狀淺洞穴。雙齒近相手蟹搶奪台灣厚蟹洞穴常失敗，與台灣厚蟹是競爭也是掠食關係。

巴蛭 (Barbronia weberi)吃食活體動物類及屍體，屬於肉食性及腐食性的水生動物。獵物為水中小型動物，例如孑孓、赤紅蟲、絲蚯蚓、福壽螺、囊螺、錐蜷螺。孑孓的密度愈大，孑孓被捕食的數量也愈多，捕食率隨著密度變大而提升。在60隻孑孓密度下，一隻巴蛭三天能捕食54.67隻，二隻巴蛭能捕食59.67隻，三隻巴蛭能捕食60隻，巴蛭的密度愈高，捕食孑孓的效果也愈好。擺頭掃動模式能提高自己的捕食率，平均10秒能掃動8.67次而且巴蛭具群聚性，可說是眾「蛭」成城。巴蛭 偵測獵物存在的位置，可藉由視覺 (光影變化 )、振動及嗅覺來感知，其中嗅覺較靈敏。巴蛭能存活於pH4.5~pH11、0.05%的肥皂水溶液及沙拉油與水混合液，建議可以將巴蛭歸類於底棲無脊椎汙染指標生物（bioindicators）。

本研究探討n個邊長分別為1、2、…、n的正方形鍊接成平行封閉結構的存在性與方法透過「 任意值矩形頂點配對法」可成功鍊接；任意數列的正方形組也可成功，最快速的是「最大值矩形頂點配對法」。 推廣至正多邊形正偶邊形透過「對角線重合法」，正奇邊形透過「對角線重合法」搭配「對角線與邊重合法」，每邊可互相平行；將n個正多邊形放置在對角線連線成的平行四邊形，利用n值特性「4k、4k+1、4k+2、4k+3」分類頂點位置結合「單向複雜形平行結構」邊長和的差為1或2可透過對角線「中心」或「端點」出發的「最大值平行四邊形頂點配對法」鍊接 。 最後得到最大及最小完全覆蓋矩形鍊接法，並推得鍊接正方形內部封閉面積公式。

本研究探討水蚤Daphnia pulex趨光行為的可塑性與各運動數值差異，藉自行開發的YOLOv8模型追蹤多隻水蚤的移動軌跡，並使用tracker軟體分析數據。證實了ByteTrack多目標追蹤演算法在生物研究中具有重要的應用價值，尤其適用於微小生物運動研究，為微觀尺度生物研究領域帶來了新的貢獻。研究顯示水蚤傾向趨光，水蚤日齡越大、光強度越強、光波長越長，和黑暗前置都會使水蚤在趨光測試中移動速度增快。遺傳和生長環境皆會影響到水蚤對光線刺激的行為反應，並發現水蚤在利他素或模擬掠食者的環境下，趨光偏好明顯轉變。趨光水蚤面對掠食者擁有更高逃脫率，並意外發現了水蚤禦敵時會行繞圈運動。此外，在水蚤基因體中發現多處與果蠅的rhodopsin蛋白高度相關的序列，值得未來進一步研究。

本研究探討藍瓶實驗的動力學以及糖與鹼久置、藍瓶實驗不再變色後會產生黃褐色物質的問題。自製光度計，由電壓變化更能更精確測量亞甲藍濃度隨時間變化。對葡萄糖而言，推論整體反應變色速率定律式為r=k[C6H12O6]1.6[NaOH]0.8[C16H18N3S＋]0.8，亞甲藍濃度範圍2.6× 10-4 M～1.01× 10-3 M。 對乳糖而言，推論整體反應變色速率定律式為r=k[C12H22O11]1.6[NaOH]1.0[C16H18N3S＋]1.1，亞甲藍濃度範圍2.6× 10-4 M～1.01× 10-3 M。 糖與鹼混合後要立即與亞甲藍反應，久置或高溫可能會有糖的降解或其他反應發生。經由UV光譜動力學分析，在272nm處吸收值隨時間增加而增加，推論乳醣也類似葡萄糖，在鹼性條件下也可能會降解產生低分子量有機酸、醛類和酮，以及形成具有共軛雙鍵的高分子量物質。