第43屆--民國92年

石頭蟲、瓜子蟲、兩頭蟲?聰明的建築師─衣蛾是也!

衣蛾屬鱗翅目、榖蛾科,是一種完全變態的昆蟲。生命週期包括卵、幼蟲、蛹、及成蟲,生命週期約 5-6 個月。衣蛾的主食是頭髮,其次選擇兔毛、羊毛、及雞羽毛。衣蛾會儲存食物在殼內。此外,水分對衣蛾非常重要。造殼的方法有兩種,一種是剛孵化和被拆殼的衣蛾,先鑽進砂子或羊毛,吐絲成雛形殼,然後拖著雛形殼,取砂子由一邊開口作到另一邊。另一種是衣蛾擴增外殼時,將殼的側邊部份咬開,吐絲並抓取小砂子,以同心瓜子形的方式,擴張其殼。材質有碎玻璃、小磚塊、小石子等。台灣的衣蛾偏向用砂子作殼,若無砂子,衣蛾仍可造出羊毛外殼。衣蛾與蜘蛛沒有互利互害的關係。衣蛾的天敵是小繭蜂。大量的螞蟻會對衣蛾造成威脅。

別小看我—黴菌

爸爸有香港腳,醫生說那是黴菌引起的;哥哥手上長了汗斑,醫生說那也是因為黴菌才變成這樣的。爸爸腳上長得是黴菌、哥哥手上也長有黴菌,我們人的身上真的有黴菌嗎?它們長得是什麼模樣呢?想起五年級的自然課「顯微鏡下的小世界」單元中,曾利用顯微鏡看過生長在食品與物品上的黴菌、以及學習到顯微鏡的使用方法。隨機取樣收集 30 個人身上 5 個部位的皮膚、指甲和頭髮,共計 150 個樣本,以 20%氫氧化鉀溶液做初步的黴菌篩檢,發現這些樣本中,身體皮膚長黴菌的人,他們最常長黴菌的地方是腳掌,其次是跨下,腋下最少。從初步篩檢中,由有發現黴菌的樣本做進一步的黴菌培養,得知腳掌中最常見的黴菌為絮狀表皮癬菌,跨下最常見的黴菌是石膏樣毛癬菌,腋下常見的黴菌則是石膏樣毛癬菌和絮狀表皮癬菌,頭髮中最常見的是犬小芽孢癬菌,指甲中較常見的黴菌則是絮狀表皮癬菌和紅色毛癬菌。研究環境和身體黴菌生長的關係,發現冷的溫度會抑制黴菌的生長,但是不能殺菌;水分則是維持黴菌生命所不可或缺的要素,如果環境乾燥,黴菌就會減少、死亡。在抑制黴菌的實驗方面,發現醋、米酒、檸檬汁、鹽水會使黴菌稍稍增加;精油、肥皂水、雙氧水能抑制黴菌,但殺不死黴菌;藥用酒精和優碘有稍微殺黴菌的效果,香港腳藥水和抗頭皮屑洗髮精則能有效殺死黴菌。

劇烈變化的溶解曲線

理化第一章實驗中曾做過食鹽(NaCl)及硝酸鉀(KNO3)溶於水的實驗,討論溫度對溶解度的影響,那時課本介紹水對大部分溶質的溶解度是:高溫時可溶解較多、低溫時溶解較少。當時我們對於硝酸鉀的溶解度隨溫度改變如此巨大感到相當不可思議,從那時候起我們就一直想知道硝酸鉀溶解度隨溫度變化的實際情形是如何!當時老師說:「溶解度隨溫度改變的關係,在科學上有人在研究,並稱之為溶解曲線!而且不同的溶質,皆有不同的曲線!」因此我們很想研究食鹽與硝酸鉀的溶解曲線究竟有何不同,他們的變化又是如何! 此外我們知道食鹽(NaCl)、硝酸鉀(KNO3)在溶解時為吸熱反應!而氫氧化鈉(NaOH)在溶解時為放熱反應!在理化第七章我們學到吸熱與放熱反應,我們好奇物質溶解時吸熱或放熱是否影響溶解度與溫度的關係,心中懷疑:溶解時吸熱反應的溶質,其溶解度隨溫度上升而增加;放熱反應的溶質,其溶解度隨溫度上升而減少食鹽曲線。要驗證這個假設,我們需要做出食鹽、硝酸鉀與氫氧化鈉的溶解曲線作比較。 PS:老師告訴我們:「過去只知道氫氧化鈉的溶解度很大,但確切的溶解度有多大則很少人測量,我們大概是少數想測量氫氧化鈉溶解度的人喔!值得一試!但是氫氧化鈉是強鹼,具有超強烈的腐蝕性!所以泡製氫氧化鈉溶液時必須格外注意安全!尤其還是飽和的氫氧化鈉溶液!」 貳、研究目的 測量食鹽、硝酸鉀與氫氧化鈉在不同水溫下的溶解度,詳細繪出這三者的溶解曲線,以明白看出三者的溶解度變化趨勢;並藉由觀察其溶解曲線的趨勢以驗證我們的假設:溶解時吸熱反應的溶質,其溶解度隨溫度上升而增加;放熱反應的溶質,其溶解度隨溫度上升而減少是否成立!

橋樑的最佳斷面選擇—紙橋

本研究主要是利用白膠與西卡紙製作成紙橋,乾燥後以一個人的體重對紙橋作初步測試,紙橋毫髮無傷。最後將三種不同斷面形式的紙橋模型,利用萬能試驗機測得紙橋的最大承載力。將試驗所得到的數值帶入所推導的力學公式中,求得紙橋三種不同斷面形式的關係。因為桁架的原理,讓紙橋能承受較大的載重,但在我們進一步的推導公式中發現,相同截面積所得到的壓應力應該相等,可是我們實驗所得到的結果並不相等;於是我們又進一步的探討,發現原來是我們所製作的模型並不是單純的桁架構件,所以會產生彎矩力以抵抗載重,此彎矩力相當於偏心載重所產生的彎矩,於是我們將所得數值加以比較,發現當偏心距愈大,所承受的最大承載力也就愈小。不同的斷面形式有不同之極慣性矩,極慣性矩愈大所能承載之彎矩愈大,最大承載力亦愈大。

當植物遇到酸雨

本研究主要瞭解酸雨對植物生長的影響並希望找尋一種有效的防治方式,以降低酸雨對植物的危害。首先,我們探討了酸雨的成因及組成因子,並利用硫酸及硝酸調配成不同酸鹼值的人工酸雨。接著我們探討不同 pH 值的酸雨對種子及植物幼苗生長所造成的危害。結果發現:當雨水的酸鹼值降至 pH4 及 pH3 時,對於適合於正常雨水生長的植物,會造成相當程度的危害。包括種子的發芽、初期的生長、幼苗的根、莖、葉及整體生長都比正常雨水狀況下差;實驗中除了白蘿蔔的根部例外。當檢測土壤的酸鹼值時,發現到雨水的酸度愈強,土壤酸化愈嚴重,所以我們以提高土壤酸鹼值的方式,將鹼性的石灰石加入土壤中,做防治酸雨危害的方法,成效不錯。

海浪的力量─防波提的設計

一、消波塊與實驗簡介本次實驗主題是防波堤的設計。在這次實驗中,我們實驗重點放在消波塊上,實驗的消波塊有四種造型:1.協克塊 2.安卡塊 3.天允塊 4.多十字塊(自創);實驗採離岸堤形式,並固定振幅在 1cm,週期則在 1 秒或 0.5 秒,且不考慮沈箱和消波塊之間排列方式。消波塊又稱防護塊,在第二次大戰的北非戰線上,法軍為了阻擋德軍坦克的行動,於是丟了菱形塊在戰場上;在戰爭完後,清理戰場將這些塊拋在防波堤周圍,以替代護堤方塊。原本是要廢物利用,不料其消波效果甚佳,隨即由水工試驗所研究證明這些東西的確有消波作用,因其安定性良好,於是取得世界專利;此為各種消波塊的前身,在此之後相繼有各種形式的消波塊推出。消波塊最主要的目的是要防止海岸線被大海給侵蝕,台灣地區海岸線每年被大海侵蝕長達 2~3 公尺,政府為了保護人民的安全,每年在消波塊的花費上非常可觀。不過消波塊也有其他用途,有時候到南濱海岸附近,看到一排排的消波塊矗立在那裡,原來這些消波塊是要防止中共的登陸;又有一次到沒有海岸的田園附近時,也發現一些消波塊,赫然發現這些消波塊居然是要防止小偷的偷竊行為。消波塊其他的妙用還有很多,例如:增加海埔新生地、天然釣魚座椅……等。基於好奇心的驅使,我們著手進行消波塊的實驗。我們模擬海岸的情形,觀察消波塊的造型、消波塊的排數、消波塊的排列方式、消波塊的高度、以及波的週期大小,對防波堤反射率、透過濾、孔隙率、安定性及防止地基掏空能力有何影響。二、模型縮尺由於消波塊必須實際應用至海岸邊,故我們的實驗的第一步就是計算模型縮尺;我們到海洋大學查到實際岸邊海浪及消波塊的條件,再考慮符合我們能力的條件,找出當模型縮尺為 1/50時,適合我們的能力範圍。消波塊的長度方面,我們找到協克塊、安卡塊、天允塊實際長寬的資料;而消波塊重量,會視擺放處地理環境而定,我們採用較常使用的「15 噸重/個」。波浪方面,波高會因季節及地點有不同數值,我們採用台灣東北角平均值 1m;至於海浪的週期以北台灣而言,約在 3~9 秒(不考慮颱風時段),我們採 7 秒作為長週期波、3.53 秒作為短週期波。以下是消波塊與波浪經過換算後,所產生的值:(p 代表實際值;m 代表模型值)(一)消波塊部分長度→ Lp ×1/50=Lm 實際邊長×1/50=模型邊長 重量→ Wp ×1/50^3=Wm(二)波浪部分 波高→ Lp ×1/50=Lm 1m x1/50=2cm週期→ T p×50=Tm長週期波→ 7sec.×1/50≒ 1sec.短週期波→ 3.53sec.× 1/50≒ 0.5sec.三、消波塊照片※以下是我們在網路上找到的一些實際消波塊照片及其作用:▲南濱海岸消波用消波塊。 ▲田園中,用來防止小偷入侵的消波塊。▲在南濱海邊,有著冒著生命危險去攀越這些消波塊,真令人替他們捏一把冷汗,要是一個瘋狗浪來了,該怎麼躲?▲位在花東海岸,原先為了保護海灘而丟的消波塊,卻攔截東北季風帶來的大量海沙,變成堆積海岸,增加了許多「消波塊海埔新生地」。(圖中凸起的東西便是消波塊)

假日澆花不求人─自動澆花器之原理探討及裝置建議

本實驗利用實驗室簡易器材設計了一系列的實驗,探討自動澆花器之原理及影響澆花器流速的各項變因:一、自動澆花器原理:盆栽中水分因重力往下流,再由於水分子間的吸引力,使供水容器內的水不斷的被往上拉,所以水分可持續供給到盆栽。二、影響流速變因:(1) 毛巾內含水量愈多,則流速愈快。(2) 水分流經毛巾長度愈長,導致阻力增加,則流速減慢。(3) 毛巾的寬度愈寬,則流速愈快。(4) 毛巾層數在 6 層以內,層數愈多則流速愈快,但毛巾層數超過 6層後,則流速增加不明顯。(5) 材質的吸水性方面:毛料>棉>麻>尼龍,以毛料和棉的吸水性較好。(6) 供水容器水面高度必須比盆栽底部高,供水容器愈高,則流速愈快,若供水容器水面較盆栽底部低,則無法供水。最後實驗並針對本澆花器無法穩定供水的缺點,利用大氣壓力原理,設計出穩定供水的裝置,實際裝置澆花器時可先嘗試,再依本實驗所提供的建議調整,相信一定能裝置出最合適的自動澆花器。

讓氣動車跑得最遠

氣體壓力是讓氣體動力車行進的主要因素,我們企圖了解多少的氣體壓力可以讓自製寶特瓶動力車行進多少距離,因此我們在研究中探討氣體壓力、氣體體積、動力車的噴口孔徑與行進距離的關係。我們發現氣體體積、壓力或噴口孔徑較大時,能把車子推動的距離較遠,但是在一定的噴口孔徑以上呈現不穩定的狀態。我們也從實驗數據預測壓力及噴氣孔徑與氣體動力車的行進距離,並且獲得驗證。因此我們藉實驗結果推論控制壓力及調整噴氣孔徑,可以使氣體推動車子移動到預定的位置。

E時代冷氣

近幾年來,科技進步生活品質提升,環保意識高漲,我們以冷凍空調理論,嘗試著:”捨棄現有機械式”所用的“氟氯碳化物”傳統冷媒,避免造成臭氧層破壞,改以“致冷晶片“來取代壓縮機,及水和藥用酒精取代傳統冷媒,作此之研究主題。利用 50×50×4.8 ㎜“致冷晶片“,再配合冷、熱循環系統,於 3~4 坪的空間, 5~20分內,即可達到冷氣效果,並比傳統冷氣節省 10﹪電費。傳統冷氣機雖然有改以使用環保冷媒,不會破壞大氣層,但仍還是會造成地球的溫室效應和熱污染。

小兵立大功-探討大花咸豐草的傳播機制

大花咸豐草屬先驅性的優勢植物,在短時間內,以外來種的身分不斷增加數量,至現在處處可見。我們推論利用瘦果的易鉤附性及高萌發率應該是使其能快速散播且繁殖的主因。在鉤附機制方面:藉由其本身微妙的物理結構鉤附最主要的傳播動物--人,利用宿存萼(未脫落的管狀花花萼)上的倒刺鉤附衣料的纖維。並藉著本身的物理結構抵抗傳播媒介行走、動作時所形成的力,而這個力與瘦果的體積及重量的關係,相當於一個 60 公斤的人支撐起約 880 公斤的重物。這種鉤附能力,使它能跟隨傳播媒介做長距離的傳播,增大分布面積,而且減少對母株棲地的競爭,並達到增大族群的目的。在萌發能力方面:約 90%的高萌發力和驚人的種子數量造成繁殖優勢。種子落地後,約在三天之內即快速萌發,使他們在生長時間、速率上皆佔有競爭優勢,而使現在形成一大片大花咸豐草的景觀。此外,在實驗過程中,亦發現大花咸豐草對環境適應能力十分的高,無論在鹽度(<0.5%)或嚴苛的酸鹼(pH2~12)環境中,其忍受力皆十分驚人,這可能也是它能成為優勢植物的重要條件。綜合鉤附機制和萌發能力,我們得知在傳播機制上,大花咸豐草種子除了擁有相當高的繁殖能力,更能在逆境中有良好的適應能力,而且在散佈方面,不論空間和時間上也佔有相當的優勢,更使其成為一種能快速散佈並建立族群的優勢植物。簡介:名稱 大花咸豐草 學名 Bidens pilosa L.分類地位 菊科 鬼針草屬 俗稱 白花婆婆針、白花鬼針草莖 莖四方形,綠色或略帶淡紫色葉 葉對生,羽狀三至五全裂,側裂片卵形,頂裂片卵形或三角形,粗鉅齒緣花四季皆開花,頭狀花序腋出或頂生,徑約一公分;外圍有白色舌狀花五至七片;中央為管狀花,約五十朵,黃色果實 瘦果黑褐色,長約一公分,先端的宿存萼具有倒刺,藉以附著人畜而散播。外來種優勢植物,但現在全台低海拔地區的荒廢地無處沒有它的蹤影,並已逐漸向中海拔山區擴張 。