全國中小學科展

國中組

兵來將擋,『水』來『土』淹

由防颱沙包衍生的防水研究構想。我們模擬瞬間遇豪雨的水流狀況,以沙包進行阻擋洪水沖淹的實驗,以尋求更有效的防洪阻水方法。第一部份以固定數目的沙包,進行不同的堆積方式-單、雙排列、平放、橫放及交錯排列,測試擋水效果。結果顯示平放排列,平躺交錯及側平躺交錯的堆積,較直立的排列有較長的擋水時間。第二部分增加至雙倍的瞬間降雨量,達每分鐘約40 公厘,結果發現唯有側平交錯的堆積方式,可爭取最長的擋水時間,而匯水量亦低。第三部份更換沙包的內容物,加入土壤,以較佳的排列方式進行阻水研究,發現土包的擋水時間較沙包短,但是吸水性好,雙排土包的堆積可達未滲水效果。第四部分以水壩建築的構想,進行金字塔形的堆積方式測試阻擋洪淹,然而可能因為沙包是可朔性的,如此金字塔形反而使接觸水的斜邊,結構較為脆弱,使擋水效過不彰,所以不建議使用金字塔形的堆積。經由我們的研究結果,希望提供給大眾參考,在豪雨期間之防洪,發揮沙包的最佳功能,以爭取逃出時間及減少財物的損失。

無線寬頻WiMAX對果蠅本能行為的影響

果蠅成蟲經WiMAX 3.5GHz 電磁波照射後,對其神經系統控制的行為:趨上性、趨光性\r 或是嗅覺反應,均有抑制效果。我們推論:WiMAX 電磁波可能會抑制神經訊息傳導的速度。\r 實驗組子代果蠅雌性比例偏高, 16 小時組雌雄比例為最高,雌雄比例達2.1 倍。可以得知\r WiMAX 確實會影響由內分泌所控制的生理本能。實驗組SOD 活性都比對照組低,也可看出\r 氧化壓力的傷害有累積效果,顯示WiMAX 確實會降低體內抗氧化酵素-SOD-的活性,對\r 正在發育中的卵產生氧化壓力。\r 發育中胚胎受到的氧化傷害,經蛹期變態後,對成蠅的本能行為不會有影響。但對個體\r 的生命週期有延遲的現象。16小時實驗組需時最久(11.83天),可以得知氧化壓力具有傷害\r 累積的效果,但不是線性倍增的關係。

解開點線面 - 用SAT Solver解開Flow Free遊戲

我們研究了Flow Free遊戲的特徵後,發現他與另一個遊戲——數獨在規則上有許多相似處。於是我們先轉而研究網路上已經有多種解法的數獨遊戲,嘗試將那些方法套用於Flow Free去解。經過多次嘗試,我們發現一種邏輯簡單且可行的方法 — SAT Solver。SAT Solver (Boolean Satisfiability Problem Solver或作Propositional Satisfiability Problem Solver)最大的特色是需要使用Boolean Variable,也就是一切條件都必須轉換成是非題。「這一格是哪一個顏色?」變成了「這一格是不是顏色一?是不是顏色二?是不是顏色三?...」。經過研究,我們得到一個結論 : 如果一個問題沒有步驟性(上一步驟不影響下一步的答案)且所有條件都能以是非條件式表示,就可以用SAT Solver解開。

室內風箏

本研究旨在探討室內風箏的飛行特性以及製作。研究過程是將風箏以一個自製的「風箏飛行器」拉動風箏,並利用 DV 攝影機拍攝飛行過程,再將所得的影片匯入電腦後進行整理及各種分析工作。我們進行三個研究,分別是不同材質、不同面積、及尾翼數變化對風箏飛行高度及穩定度的影響。我們設計了一套實驗方法,即自製「風箏飛行器」及 DV 攝影方式讓我們可以將風箏飛行過程由影片轉換為數據資料,依此進行分析與研究工作。穩定度係以標準偏差(Standard Deviation)來表示。研究結果發現:一、研究一顯示,風箏材料質地要柔軟,容易產生形變包住氣流,穩定度較高。具有透氣性的材質,風箏的穩定度亦較大。而材質質量較小,則風箏可飛得較高。二、研究二顯示,風箏的面積愈小,飛得愈不穩定。而風箏面積大小與飛行高度沒有絕對關係,風箏的面積密度和飛行高度則有絕大部分的影響。三、在研究三中,發現風箏加上尾翼後穩定度會有所提升,但是高度並沒有明顯的改變。

繩波急先鋒-抓住速度

我們歸納了繩波波速的經驗公式和理論公式做一的對照。以簡易版的光電計時系統設計出兩種測量繩波波速的方法。第一種:固定繩線兩端點,測量它的振動頻率計算出波速。第二種:以固定的繩波傳遞距離除以測到的繩波傳遞時間而得到波速。這兩種測量方法對一條粗細均勻的繩子或不同粗細串接在一起的組合繩線,測量結果都非常吻合。若繩子只是粗細有變化,可以用固定繩的振動頻率求得波速,也可以由粗繩細繩分別測得的頻率去計算組合繩的頻率以求得波速,這是很方便的做法。但是根據我們的檢驗,繩上黏附物體的繩子不能這樣簡化處理,第一種方法有明顯的錯誤,只能靠第二種測量法這種硬功夫。

我開『窗』你納『涼』--探討不同形式溫室屋頂與其開窗位置的降溫能力--

一、降溫率好壞受屋頂形狀和窗口位置有關。山形和斜頂式頂高較矮、角度大的屋頂,降溫率較好。風場分析得知對開迎風面和背風面窗口,風速較大。因屋頂角度平緩,可能有伯努力效應形成,使它降溫好。 二、圓拱型屋頂並非弧型越圓越好,頂高16cm頂開上下層的降溫效果好,增高或降低都會影響降溫率。 三、以小風車圈數測量屋頂上方風場變化,推測溫室氣流走向。圓拱型頂高16cm頂開的窗口正上方3cm的轉速最快,即該處有個低壓中心,容易帶走熱空氣。山形150度對開平均降溫率比其更好,但是下層的降溫效果不如圓拱型頂高16cm頂開。 四、(一)平均降溫率最佳的三名:山形9cm對開>圓拱型16cm頂開>圓拱型9cm對開。 (二)上下層降溫率最一致的是圓拱型16cm頂開。

利用顆粒對流搖出疏密波

將大小不同的顆粒放入容器中,一般而言經過搖動後大顆粒會浮出,我們發現上寬下窄的容器經上下搖動,大顆粒則會下降。而當浮出物顆粒較大、密度較小時,浮出速率較快。將米和沙分佈在一個長條軌道上,左右搖動,會出現一節一節的分離現象,每ㄧ節中的排列則是細沙在中間,粗沙在其兩側,米粒分佈在最外層,整體像疏密波一樣,也是顆粒對流作用的結果,且依搖動的振幅不同,所產生的節數也有所不同。

從科學看南管-外星音樂與畢達哥拉斯

本研究以不易理解的南管音樂為主軸結合黃金比例,嘗試用科學方法解釋被稱為外星音樂的南管樂。不少中世紀的科學家研究過科學與音樂間的關係,也針對南管樂探討,設計多種方法驗證,推算比較各項比值是否符合黃金比例,並運用數值標準化、圖形化分析及電腦軟體輔助,設計出南管推廣APP。此研究中,我們使用多種方法檢測,發現南管音樂20首、古典音樂、流行音樂各10首中,符合黃金比例百分比分別為:50%(10首)、50%(5首)、60%(6首)。也得到經典樂曲符合黃金比例值頗高的結論。最後,我們利用實驗中較為可行方法製作南管推廣APP,除了讓南管老師在評分上有科學化的數據參考,也希望讓更多人接受特殊的南管音樂。

【非常好色,左右紅圓】---火龍果皮色素萃取之應用

本研究取火龍果皮萃取色素,進行物理性質、抗氧化性、金屬離子反應、加工條件試驗,應用於食品加工製作,並且行官能品評。結果顯示,樣品pH 5.0~5.6,糖度0.6~1。Brix。清除DPPH自由基能力92.55%,大於12.5 ppm的VitC、相當於339.37 ppm BHT及361.87 ppm BHA;萃取液還原力相當於175.48μg/mLBHT;類黃酮含量27.97μg/mL Quercetine;總多酚含量162.23μg/mL Gallic acid。取1mL稀釋16倍萃取液,加入16種金屬溶液20滴(1 mL針筒),其中10-2 M Ni、Cu、Hg、Pb、Fe3+金屬溶液產生變色或褪色現象。將樣品控制在pH 6.0於100℃中分別加熱1、1.5、3及5分鐘,測量A538殘存率分別為83%、80%、74.5%、59%。湯圓及紅龜粿添加萃取液接受性各為71.43%及64.29%。顯現樣品應用的可行性,可增加健康、自然環保,及提高農民經濟利益。

「波」起「電」湧-新型波浪發電機

我們設計的新型波浪發電機,主要是以電磁感應為原理,讓強力磁鐵順應波浪浮動而能在線圈裝置內部移動進而產生電流,全程不製造任何汙染。首先我們設計了振動式的發電裝置,並測量其相關特性,以手搖測試時,最大感應電壓可達到5V。接著進行人造海浪測試,過程中發現磁鐵與線圈的相對位置會對發電能力有所影響。我們並設計了漂浮式和固定式兩種形式的發電機,並測量和比較其特性與優缺點,研究結果顯示漂浮式發電能力較佳,但容易受到線圈重量影響而限制其發電效能,而固定式感應電壓一開始雖然較低,但隨著線圈匝數增加時可有效增強發電能力。我們的研究相當具有應用的潛力以及前景,對於四面環海的台灣提供一個綠能發電的可能性。