全國中小學科展

第50屆--民國99年

環狀泡泡產生機制之探討

形成泡泡環的主要因素為:外圍液體由氣泡底部衝入氣泡內貫穿氣泡而形成泡泡環。 起始孔徑的形狀不會影響泡泡環的形成。 在雙孔的實驗中,若孔重疊,則可視為單孔;而不重疊孔氣泡混合後會產生壓力大的混合區,造成中間破裂而不成環。 在相同孔徑下,泡泡環離開時間與外加壓力及外力時間無關。 由連續方程式可推知孔徑越小的氣泡成長所需時間越短。 當泡泡達到離開噴射孔的時間,即使外力繼續作用,還是無法增加氣泡的體積,所以會有達到飽和值的趨勢。 使用球型氣泡模型來解釋外加壓力增加,氣泡體積亦增加的趨勢。 利用離開噴射孔氣體體積等於氣體進入氣泡的體積,可解釋外力時間與體積成正向增加關係。而氣泡在成長過程中,體積膨脹率隨時間而增大。

池塘裡的不倒翁

水生植物的葉和根除了可以吸收水分和養分外還有什麼功用呢?為?麼把許多種漂浮性水生植物倒壓入水中,都可以迅速的浮上來並翻正,就像不倒翁ㄧ樣?我們對水生植物的平衡感到很新奇,於是我們設計了六項實驗來探討漂浮性水生植物的特殊構造;尤其是水芙蓉的根在水中的平衡作用,我們以剪根的方式?檢測根重改變對水芙蓉翻正有很明顯的影響,但根長改變則影響?大,顯示根的重?對穩定有重要的影響。?片提供浮?,而根的重?提供穩定作用,讓它?會在水面上?漂或可能翻覆。更有趣的是,由前五個實驗歸納出的結論,可以幫助我們再實驗六中自己設計了桌上型和水面上八種不同模式的不倒翁玩具。

失落的符號

利用衝壓車床將五種不同的金屬片打印上數字符號,再使用砂輪機將金屬片上的數字刻痕磨光,而後塗抹上四種不同的電解液進行化學腐蝕法和氧化還原法,以期使被磨除的刻痕重現。本研究在探討-銅、鐵、鋅、鋁、不袗金屬,在對上氫氧化鈉、氯化鐵、氯化銅和鹽酸混和液(Davis試劑)及綜合酸試劑中,哪一組的顯現效果最佳,改變電壓和濃度結果又會如何? 最後我們發現: 1. 氫氧化鈉NaOH只對活性大的金屬(如鋁及鋅)的效果較好。 2. 氯化鐵FeCl3對銅效果較佳。 3. 氯化銅和鹽酸綜合試劑(CuCl2+HCl+H2O)對大部分金屬皆有不錯的效果。 4. 混合酸(HF+HCl+HNO3+H2O)效果好,反應很快,但不易記錄,易腐蝕過頭,而且配製過程危險。 5. 電壓和濃度基本上是越高越好,但太高容易有反效果,腐蝕效果太過,連想顯現的的刻痕也腐蝕掉。

轉角遇到光

本實驗對光纖的導光特性進行研究,證實太陽光可透過光纖引導,進行照明之利用。由 於教室內的人工照明需求量很高,台灣四季雖有充足日光,學校建築物本身受限於環境,無 法以綠建築概念建造,若開發太陽光纖照明技術,就可節省大量電能耗費,減少二氧化碳的 排放量。本實驗量測教室內自然採光及人工照明下的空間照度,以評估太陽光纖照明的需求 性,並研究日光燈的等照度圖及模擬方法,可以評估室內的照度分佈及需要補充照明的位置。 經實驗發現,教室內人工照明的照度略不足,且搭配自然採光的燈具配置與控制也不完善。 本實驗最後以模型屋的光纖導光實驗,模擬光纖照明應用的可行性,發現太陽光經聚光後再 經光纖傳導,其能量使用效率相當高。希望藉由創意的實驗設計,對太陽光纖照明科技能有 進一步的了解,並為地球環保盡一份力量!

珊瑚生長環境受海洋內波影響?-海洋內波之實驗室模擬

珊瑚(圖1)是很珍貴的海洋生物,珊瑚生長對海洋環境的特性及溫度變化非常敏感,因此往往也是衡量全球暖化環境變遷的重要指標。本研究利用實驗水槽模擬海洋內波碰到不同地形所產生的變化,並從實驗結果推測珊瑚生長和內波的可能關係。結果顯示,內波經過地形障礙物時會受影響而產生複雜的變化,如破碎變形、湧升沉降、越頂、渦旋、反射等現象,這些過程很可能使得下層水上升、翻攪混合,進而造成上下層水密度混合均勻。從模擬結果推測內波抵達東沙環礁或墾丁南灣後,可能會把海洋下層含營養鹽較高的海水帶上來,也可能經由水體上下混合而降低海水溫度。在全球暖化、海水增溫的情況下,內波很可能使得這些地方的珊瑚仍能存活,並減輕白化的威脅。

蒜頭乾燥物性之研究

本研究以35、38與40℃進行蒜頭乾燥試驗,40℃乾燥有蒜味釋出,顯示不適用,35℃乾燥速率比38℃慢,結果以38℃為最佳,乾燥至貯放含水率需13天。含水率測定以烤箱105及130℃乾燥72小時,兩者皆可求得乾物重,建議以130℃乾燥72小時測定。熱風?度對蒜頭熱傳試驗,蒜球整顆欲達35、38、40℃,預估時間分別為9.6、8.2、8.8小時,欲達設定?度之乾燥速率,須達一定時間才有較高的乾燥效率及均勻性。以依序相對濕度法量測平衡含水率,指數函數迴歸之定性檢定呈均佈現象且定量檢定之相關係數R2皆達0.9771以上,顯示指數方程式適用於此三?階乾燥模式,35、38℃可作為乾燥?度,以38℃為佳,但三個?階皆不宜作為貯藏操作?度。

從平面到空間- 廣義四邊形磁磚的設計法與應用

著名的荷蘭籍藝術家M.C. Escher以手繪的方式,創作了許多豐富且極具創意的密鋪圖樣。然而,在張瑜軒的研究[6]中,以加減遞補的方式來詮釋M.C. Escher的繪圖方法,這對於結構解析與製圖的設計方法上並無太大幫助。本研究主要以正方形為基本單元,首先利用已知的4種等量變換 (Isometry) 推論出正方形磁磚邊的作用方式共有9種;再利用窮舉的討論出共有47種設計方法,其中44種可以密鋪;並對M.C. Escher的圖樣做結構解析,在結構解析下配合快速且精確的方法製圖,創作新圖樣。最後,從二維平面延伸到曲面及立體圖形上,探討正方形磁磚在各種不同曲面及立體圖形可密鋪的設計方法。如:環面(Torus)、圓柱曲面(Cylinders)及著名的莫比紙圈(Mobius Strip)和正六面體(Cube),在適當軟體的支援下,將可以在平面與曲面上輕鬆製作富有創意的新圖樣。

揭開抗輻射奇異球菌的神秘面紗--初探抗輻射奇異球菌之抗紫外線機制

抗輻射奇異球菌(Deinococcus radiodurans)是一株具有高度抗游離輻射與紫外光的細菌,我們使用從食品工業研究所購得之抗輻射奇異球菌(Deinococcus radiodurans BCRC12827),利用基礎的分子生物技術,以釐清奇異球菌抗輻射的機制為目標來設計一連串的實驗。包括碳源鑑定、碳源最適化分析(最佳碳源濃度/最適抗紫外線作用強度)等,再將這些基本的特性設計進階的分生試驗來找尋我們想知道的答案。本實驗結果顯示抗輻射奇異球菌之抗紫外線作用與S-layer protein有關;碳源的不同能帶給抗輻射奇異球菌不同對抗紫外線破壞的抗性,其中與細胞生長良好、多種蛋白質的產生、細胞壁的外膜S-layer protein的大量表現等有關;碳源利用率與所產生的色素和抗紫外線的破壞不成正比,推測抗輻射奇異球菌的抗輻射能力非單一因素有關。

搖擺──魚類擺動?

本研究以魚類仿生學為基礎,研究不同配重、張力及擺動頻率對魚類運動擺動形狀的影響,結果發現以下現象: 一、不同魚體配重的方式,其擺動的波形有明顯的差異,其中屬於高速型或中快型的劍旗魚所呈現的振幅差(頭尾振幅差異)最大,因此我們推論振幅差是影響魚類泳速的原因之一。 二、張力(魚體軟硬度)的增加對中慢型泳速魚種的波形及振幅差影響較為明顯。 三、擺動的頻率變大時,對不同魚種的振幅差均有改變,其中對中慢速的魚種(吳郭魚)影響最為明顯。

傳音入密—聲波應用於建築安全分析之研究

新聞經常報導土木建築發生漏水、海砂屋或裂縫等災害。臺灣位於地震頻仍區域,建築結構需要加強檢測,才能住的更安心。此外海洋季風的氣候常有豪雨,最近釀成三號國道崩塌意外,土木結構需要全面性的安全檢測。然而現有檢測方式以破壞性為主,需耗費許多時間與金錢。因此我們研發以非破壞性方式,樽節成本並能快速分析土木結構的系統,能維護民眾的安全。本研究系統包含以下兩大項: 一、 機械波產生裝置 利用電磁效應產生磁力,並以訊號產生器調整電場的頻率,規律地敲擊待測物,產生相同的聲波。 二、 聲音檢測裝置 將撞擊物體的反射波輸入頻譜分析儀分析波形,以電腦程式將聲波轉變成頻譜,進行分析比較。