全國中小學科展

第65屆--民國114年

拍音型駐波與雙聲源肯特管的印證

兩振幅相同,頻率非常接近的聲波,反方向進行干涉,所形成具有駐波與拍音雙重特性的合成波。我們稱之為「拍音型駐波」。我們使用三角函數的和差化積分析其數學性質,預測其行為,並使用程式模擬合成波波型。 為了觀察聲波,先進行普通肯特管的研究,對照文獻,了解保麗龍球的行為。最後擴充為雙聲源肯特管,使用MATLAB撰寫雙聲道聲波程式,準確控制2個聲源的音量、頻率與相位,頻率差可以達到0.01Hz,成功驗證拍音型駐波的性質,並發現其可在介質中有效推動粒子,具有潛在的工程學應用價值。

轉呀轉~凸多邊形車輪與曲線的關係

本研究希望能找出一種能使多邊形車輪平穩前進的曲線方程式。由於車輪之中心高度不變時即可達成平穩前進的目標,本研究先是追蹤正多邊形的中心正下方與該圖形的交點所形成的曲線,得出此曲線圖形的方程式。接著因圓內接多邊形可切割成多個直角三角形,利用畢氏定理與三角函數推導,得出圓內接 n 邊形車輪的中心在同高度下滾動時,中心正下方與該圖形的交點之曲線恰為懸鏈線方程式。 在刻劃完正n邊形的情況後,進而推廣至一般圓內接 多邊形以及勒洛多邊形的相關特性。在未來,將可以為多邊形車輪的設計與運行提供新的思路,並可能在交通、機械設計及自動化設備中發揮重要作用,了解懸鏈線的特性將促進相關技術的創新與發展。

梳子不梳頭-梳子壩對流速降低與水質的影響

公司田溪整治設置梳子壩、疊瀑、深水池、護址工石籠等設施,對公司田溪水質、河岸動植物種類與 數量,底棲生物種類與數量、水中污染物降低有正面提升效果,其中梳子壩設置最多共20處,利用自製水工模型,自製流速計,樂高積木排列出不同排列、形狀、間距、高度數量位置等,找出降低水流流速效果最佳,且漂流物穿越時間最短、穿越率最高的設計,研究結果:梳子壩水流流速降低,漂流物穿越時間越長,梳子壩設置河段末端與梳子壩組間距較大時,流速降低效果顯著,漂流物穿越時間增加較少。所以公司田溪在河口末端計設置9個梳子壩,且分散於數條溪流,可以有效降低水流流速,及漂流物穿越時間。

非牛頓流體在力學的測試與應用

科展以非牛頓流體為主題,想要瞭解不同澱粉漿加PVA膠水混合,以硼砂或碳酸鈉進行交聯作用形成聚合物,在靜止或運動中受碰撞或衝擊時,在力學測試的變化與效應,進行實驗設計。 實驗設計與結果說明: 1.玉米粉、地瓜粉及糯米粉混合PVA膠水,以硼砂或碳酸鈉進行交聯作用,彈珠在不同高度落下可緩衝58.6%~70.0%位能;彈珠自40㎝軌道滑落,可緩衝88.0%~95.3%動能;彈珠自240㎝高度落下,以撞痕深度計算可緩衝70.0%~85.0%位能。 2.非牛頓流體為彈性物質,無法取代剛性物質作為結構垂直柱體,以(糯米粉漿+PVA膠水)+硼砂或碳酸鈉製成緩衝器,可考慮取代剛性物體作為鋼斜撐物質。 實驗結果說明,澱粉漿+PVA膠水+碳酸鈉有較佳的垂直與水平緩衝效果,並可考慮作為結構鋼斜撐的緩衝器及防撞器。

誰偷走了玉米的甜?

本研究選用佳穗9號黃玉米探討玉米糖度的變化,利用數位糖度計及無線光與顏色感應器,我們成功建立了一套可以簡單並準確測試玉米糖分及澱粉含量的實驗流程。實驗的結果證實玉米糖分會隨著時間漸漸轉化為澱粉,造成甜度降低、口感變硬;利用冷藏或冷凍保存,則可以延緩玉米老化的速率。 當玉米與其他蔬果一起保存時,會因蔬果的影響,造成玉米老化的更快,甜度降得更低,例如:香蕉、洋蔥等;實驗中利用我們自製的乙烯吸收劑,能有效減少香蕉對玉米的影響,維持玉米的甜度,推論出乙烯是造成玉米老化的原因之一。最後,希望我們的研究可以幫助農民與食品業者優化玉米的保存方式,也可以讓消費者在購買後,能更方便又適當的將玉米保持在最佳狀態!

麵麵俱到-不同原料取代比例降低熱量之口感探討

全球以麵條為經常主食的人口超過20億,此次研究將利用原料的分析、製作的標準化、以及器材的設計與測量,找出最佳比例,目的是製作出降低熱量又健康的麵條! 自製【延展性測試機】測量自製麵條的彈性與軟爛程度,從嚼勁的口感,自製【咀嚼度測試機】,模擬門牙切斷麵條的方式搭配電子紀錄測量麵條的咀嚼度,從原料分析熱量以及營養元素,綜合以上判斷找出最佳比例! 最佳比例麵條板豆腐50%、黃豆粉20%、麵粉30%結合【麵條感官評測】,綜合評比後高達96 %民眾願意嘗試,獲得民眾青睞! 實驗歸納,最佳比例麵條,吃下相同重量可以減少熱量34.6 %、蛋白質增加82%、膳食纖維增加92 %,且【冷藏最佳品質可保持7天】,我們的麵條低熱量又不造成負擔!

智慧助力-自適應電動手推車系統

本研究針對傳統手推車於上坡、下坡及搬運重物時操作費力的問題,設計一套具智慧感測與動力輔助功能的自適應電動手推車系統。整合雙霍爾感測器偵測輪胎轉速與方向、陀螺儀辨識傾斜角度,以及壓力感測器判斷推拉意圖,可依環境與操作情境自動調節馬達輸出功率。我們建構13項輔助邏輯規則,簡化系統運算並提升反應效率。 實測推動34.5公斤負載上坡時,未啟動系統需7686克重(約75.3N)推力,啟動後降為1167克重(約11.4N),省力幅度達84.8%邀請100位使用者操作問卷,88%認為前推較省力,95%在上坡感受到輔助效果,75%認為下坡時系統阻力可防止滑動。 實驗結果證實本系統具備良好穩定性與實用性,未來可應用於物流推車、長照輔具或電動輪椅,提升操作便利與安全性。

搶救紅色危機--胭脂樹籽Annatto紅木素色素應用之探究

本研究探討胭脂樹籽(婀娜多色素)的特性及其應用,並分析其在不同環境中的行為。結果顯示,人工紅色色素如紅色40號與蘇丹紅顏色鮮豔且穩定,但可能對健康有害;相較之下,天然色素較安全,但易受氧化、光照與溫度影響,穩定性較低,保存期較短。實驗發現,胭脂樹籽色素在60-80°C顯色最佳,高於100°C則顏色變淺;其在酸鹼性溶液中隨pH值變化而改變顏色,最適環境為中性至弱鹼性。光譜分析證實其具橙紅色特徵,適用於食品、化妝品及纖維染色,並兼具環保與無毒優勢。綜合而言,婀娜多色素在天然染料應用上潛力廣泛,能提供穩定且安全的色澤效果。

大氣常壓微電漿合成共價有機框架應用於光催化降解汙染物

本研究使用一種快速、環保的共價有機框架(COF)合成技術,並應用於水中有機污染物的光催化降解。相較於傳統高溫高壓或需有機溶劑的合成法,本研究採用大氣常壓微電漿技術,在室溫條件下、以水為溶劑,於一小時內快速合成COF,展現綠色化學優勢。合成後以XRD與FTIR確認其具結晶結構與C=N官能基,均證明反應成功。實驗結果顯示,該COF能有效降解結晶紫(CV)與亞甲基藍(MB),分別在40與20分鐘內達到56.12%與68.09%降解率,明顯優於未加COF只照光的對照組。動力學分析亦符合擬一級反應模型。SEM影像顯示其具高度有序孔洞結構,有助提升光催化效率。本研究證實大氣常壓微電漿合成COF具高效率、低能耗與環境友善等優勢,未來可望應用於廢水處理與環境淨化等領域。

環遊世界三六形

大部分的作品都是在研究五方連塊和它的特性,本研究特別以三角多連塊以及六邊多連塊為出發點來探討。一開始,我們針對連塊可以擴充的數量來分析,隨著圖形擴充,發現連塊數量、連接邊、V字角會影響總擴充數。接著,蒐集三角多連塊、六邊多連塊,研究它們的周長、角的數量、內角和等幾何性質,隨著圖形發展,發現平角、周角的數量會影響幾何性質的表現。 最後在n階三角形、n階六邊形中,拿走最少個數並找出規律拿法,讓指定三角多連塊、六邊多連塊無法放入n階圖形內。未來,我們希望在更多指定多連塊下,找出各種規律拿法,讓n階圖形呈現更多規律之美。