全國中小學科展

國中組

流動「生」力-平面溝紋對氣流升力及渦流形成探討

蜻蜓飛行時翅脈造成空氣渦流提高翅膀升力。以鋁片製作仿生溝紋扇葉,改變溝紋斜面長及高度進行風洞試驗。相同風速下,將垂直式溝紋扇葉進行溝紋高度、數量、高度差、間距等物理量改變的風洞測試;藉空氣渦流、扇葉上空氣曲流觀察與升力變化比較,找出較佳組合條件,並比較不同風速下的差異。實驗發現,垂直式溝紋升力較傾斜式佳,渦流造成扇葉上氣流曲度增加。相同風速下,若渦流形狀較圓,則上層氣流曲度大,扇葉所受升力也較大。相同扇葉在氣流速快時,渦流較扁長,上層氣流曲度小,升力較大;依附壁效應推測,可能風速快形成曲流的向心力較大。風速每秒2.65m,三溝紋扇葉高度依序為8,6,4cm;間距依序為6、4cm有最佳升力效果。

疏散星團赫羅圖

利用數位單眼相機拍攝多幅疏散星團M45影像,將影像扣除暗電流及平場修正後,使用軟體疊圖,匯出M45每顆星體的V星等及B星等,依此做出M45的赫羅圖後發現: 1.由天體攝影與影像處理的過程中,印證了恆星演化的理論 2.由影像處理程式中了解R、G、B色光與轉換V、B光度影像關係 3.透過M45星團V、B光度影像的H-R圖,可分析星團的分布與演化在操作與理解原理的過程中,不知不覺也開啟了我們對天文知識的理解,也終於體會到天文愛好者,為何會對天上的星星如此著迷了!

水中鑽戒- 探討不同條件下對水鐘形狀的影響

清洗高腳杯時,發現水出現奇特形狀,決定研究水鐘。探討的變因包含擋水片的大小與形狀、水管粗細、出水量、出水口高度及不同表面張力的液體。發現流速不同時,固定溶液的水鐘長寬比變化不大,但不同溶液有不同的水鐘長寬比,表面張力愈大,水鐘愈矮胖。水鐘的寬長比與表面張力的關係圖為固定斜率的直線。也發現流速愈快,水鐘愈大。當擋水片為3cm及水管粗細為直徑1.29 cm時,都可以出現最大的水鐘。當出水量愈大,造成的水鐘愈大,形狀也愈矮胖;出水量太大,則出現水傘形狀。當出水口高度愈小,愈容易出現水鐘形狀,愈遠,則容易出現水傘形狀;而出水口高度愈大,則水鐘形狀愈矮胖也愈大。不同形狀的擋水片,則會在出水口高度較大時,出現水花瓣。

噪音對斑胸草雀求偶行為的影響

我們希望探討擾人的噪音是否也會干擾鳥類求偶鳴唱和行為。我們以無噪音、十字路口噪音和冷氣機室外機噪音,測試三對斑胸草雀,分析牠們鳴唱和行為的變化。結果發現,斑胸草雀在無噪音時,雄鳥鳴唱前會有棲木移動加定點轉身的行為,鳴唱過程中雌鳥會減少東張西望行為。每隻雄鳥的鳴唱句子包括開頭固定的音節,以及接續重複的音節(組),並因個體而異。在噪音影響下,斑胸草雀鳴唱的平均頻率會上升,且拉高最低頻率,鳴唱的平均音量會下降,且拉低最低音量;鳴唱句子的平均秒數、平均音節數、音節類型、音節組合會改變,不完整句數會增加;鳴唱過程中雄鳥和雌鳥的行為頻度和順序也會改變,尤其是交通噪音影響較大。

泥岩沖刷與地形變化之分析探討

本報告研究降雨型態對泥岩的沖刷變化,以高雄田寮區之中寮山泥岩為研究主體,並使用立體模型取代傳統沖刷水槽,以模擬實際地形對沖刷之影響,再利用Surfer繪圖軟體繪製沖刷前後之地形變化,進行圖層之套疊與分析,即可完整呈現不同坡度與高程之沖刷差異。 由實驗結果歸納發現,高程越高處受到雨水打擊能量最強,沖刷也最嚴重;另外降雨強度高低對沖刷的影響是最大的,值得未來做更進一步的研究與討論。

觸而及「發」-自製不插電桌球發球機治具之成效探討

本組以環保題材設計雙輪桌球發球機。第一代純手工發球機至利用3D及雷切機輔助,製作出五代發球機,設計過程我們發現桌球質量很輕,3V玩具馬達即可帶動並調整發射管角度可射出各位置的球,實驗中我們發現,發射輪間距以35-37mm最佳、輪上套橡皮筋以10mm寬堆疊2-3條最佳,此外左右輪要獨立馬達配合可變電阻可發出旋轉球。利用電流大小(切換電池或變壓器)可模擬不同速球及殺球的速度,而送球轉盤設計成一個洞,配合100Ω可變電阻可控制1:90TT馬達,達合適的送球速度,送球轉盤與底座距離以球半徑最佳,不會卡球。最後此機元件當成治具可利用紙板及環保材質替代,作出發球機節省很多時間且準確,適合桌球愛好者使用。

防風雨傘

在強風中使用雨傘,很容易因風壓造成雨傘翻覆損毀,本創作之目的為研發一種新型的雨傘來改善這個問題,我們在雨傘上裝一些導流板形成氣動面,讓風壓的作用力有其他方向的分向量,藉以降低損毀雨傘的作用力,另外雨傘旋轉所產生的角動量,會形成陀螺效應,使雨傘具有水平穩定的慣性,讓傘面不易翻轉,我們也製作了新型的雨傘的樣品與傳統雨傘相比較,大約可提升28%的抗風能力,可使雨傘在風中更穩定也更安全。

挑戰全翻位

將N個正面朝上的硬幣,每次固定翻動M個硬幣,直到將全部硬幣翻成反面,稱為全翻位。在觀摩全國科展第四十三屆國小組優勝作品中,發現了部分公式的錯誤,我們的目的是要修正此錯誤,並簡化公式。除此之外,我們也將遊戲規則改變,延伸出環狀排列與連續數翻動兩種推廣研究。

紙上談「繩」

環保署在近年來大力推行禁用塑膠袋的政策,取而代之的當然是環保又隨手可得的紙袋了。而紙袋的種類與製作方式千奇百怪。本研究的目的在於紙袋上的手提紙繩部分,影響紙袋的真正負重能力。因此就學校中隨處可見的各種不同紙類,設計實驗加以研究紙類的負重能力,以及紙繩的編制方法。我們發現,當紙繩越長、紙繩越寬,紙繩材質越緊密,以及紙繩越厚,編制方法越簡單,所能負荷的重量就越重,有些甚至超乎我們所能想像的範圍。若是能在紙袋上多所著墨,相信能夠造出超級紙袋。

油比較就有熱趣

本實驗量測食用油與混合食用油在不同溫度下的比熱變化,利用恆溫加熱板與自製卡計,搭配Arduino開發板與熱電偶溫度感測器來進行實驗,我們根據牛頓冷卻定律修正加熱板功率,得到自製的卡計相較於化學實驗用卡計有較高的精確度,再利用自製卡計量測0~60℃食用油的比熱。我們發現混合食用油的比熱皆高於原本的純油,食用油在高溫時比熱些微下降,比熱(S-T)呈下彎曲線;混合食用油在高溫時比熱明顯上升,比熱(S-T)呈上彎曲線,這兩個比熱特性或許是除了光譜儀,另外一個可以用來區分純油和混合油的方法。