全國中小學科展

國中組

「藻汁」如此,「再生」一次!

在水族館中購買的毬藻(Aegagropila linnaei)發現從藻絲成長快可能具備促進細胞再生能力。在不同毬藻汁濃度下,對完整渦蟲的成長並無顯著差異(成長率為5%~ 10%),但受切割渦蟲在0.5%毬藻汁的處理下,再生能力表現最佳,可見低濃度毬藻汁可提升組織修復能力,而高濃度的毬藻汁會妨提高死亡率。將渦蟲切割後照射紫外光,結果指出紫外光的確造成細胞傷害,使再生能力減緩,而以0.5%毬藻汁處理後,渦蟲再生率明顯提升約15%。另僅以0.5%毬藻汁處理傷口24小時,其再生率更加提高約10%,可見毬藻汁中的再生因子短時間即可進入體中發揮作用,且前兩天為再生的關鍵期。

蘊轉首之鏈

水蘊草是很重要的實驗材料,我們之前發現溫度約15-20℃、光照約1000 lux時的葉綠體流動機率最高也最快,且葉綠體流動特性會因細胞形態及外在條件而有差異。本次我們利用縮時攝影檢視水蘊草的細胞質流,發現隨著一天日照強度變化,上午細胞質流會隨時間變快、過中午後會變慢;且中午時葉綠體會聚集成團、流動比例降低。進一步觀察光照強度對水蘊草細胞的影響,發現光線不足時葉綠體靜止不動且均勻分散,讓受光的表面積最大化;隨著光照增加,葉綠體重新排列,移動到細胞邊緣後開始進行細胞質流。細胞質流模式有速度慢、方向不定的紊流及速度快、順逆時針的層流,而強光下葉綠體會出現聚集成堆、流動停滯的現象。不同細胞質流模式會因光照條件而轉換。

沉魚落驗~探討創意螺旋式天亞對改善下沉速率的影響

初體驗岸拋白帶魚一小時勾底斷掉八個天亞,好不環保!讓本組研究如何減緩天亞下沉速率?實驗得知天亞若沒螺旋,則下沉速率與重量成正相關,與截面積成負相關,但仍無法解決勾底困擾。故本組創新設計下沉可以旋轉的天亞,藉由旋轉讓位能轉換成轉動動能,減緩下沉速率;利用3D列印創作重量、截面積相同,不同導程角初代螺旋式天亞,明顯改善下沉速率,因易纏線而改良成螺旋機構自由旋轉的螺旋式天亞1.0;又因多圈無法順利旋轉再改良為多線式螺旋天亞2.0,但右旋、左旋都有路徑偏移現象,最後改良為兩段多線式螺旋天亞3.0,讓兩段螺旋方向相反使路徑成直線。創意螺旋式天亞釣白帶魚時,可大幅降低勾底斷線機率,亦可重複使用,達到環保又省錢的目的。

走出梓官鄉~探索地下水~ 從高雄區地下水導電度延伸,探究淡水泡對鹹化淡水之可逆

我們先從地下水的認識與探勘著手,發現梓官區距離地底下9~10公尺就有地下水,地下水資源豐富(研究一)。藉著行政院環保署 環境資源資料庫,找出梓官區地下水數據,並與其他高雄沿海地區相比,分析導電度、溶氧量、水位,發現導電度與離海遠近影響不大(研究二)。接著自製地下水水箱模型,模擬鹹化地下水、沙石層,從補助及抽取淡水數據,可清楚觀察出淡水泡的形成與回縮,邊緣過渡帶不大,確實可在鹹水層中儲存淡水(研究三)。 本研究以在地觀點出發,關心沿海區地下水鹹化的議題,並研究淡水泡的現象。希望能以簡單易懂的報告,使更多人了解地下水特性,隨時關心水質,以少為人知的淡水泡現象,引入思索,為我們的地下水資源,添加諸多可能性!

有『跡』可『循』

近年來由於自動控制與通訊技術的突破,使得無人自走車的導引系統從傳統的軌道式、磁導式進步到視覺影像系統,讓無人自走車的應用範圍更廣、功能更多。在自動化工廠中無人自走車是最常見的配備,且在自動倉庫系統中亦必備的伙伴。無人自走車如何在既定的路徑行走且不偏離路徑其最重要的是路徑判別的控制方法。為了改善循線時的不平順感,並減少偏移量的增加,故希望能夠對於現今的自走車做更進一步的改良。為了提升自走車之多功能性以及增強其機體運作準確度,本研究設計一輛採用光敏電阻循跡自走車並探討光敏電阻數目與演算法不同之差異。實驗結果顯示Z字型跑法有較佳之穩地定度,比例控制循跡法雖然穩定度沒那麼高但相對的有著較佳之速度。

消「濕」的密室!黑白交錯下溫度震盪效應之探究

在相同的熱源下,第一部分,以不同黑白管狀體排列方式,觀察黑、白管狀體表面的溫度震盪現象,當黑白交錯排列時,會出現溫度震盪效應,間接驗證物體的溫度與表面顏色無絕對的關係,而是取決於本身所吸收熱量的多寡。第二部分,當均溫箱內的濕度控制在 30 %,水氣的存在會影響黑白管狀體的溫度震盪效應。由實驗結果得知,溫度震盪效應會因黑白管狀體的排列方式有規則性的變化,當黑管狀體的數量增加,溫度差距會變小;黑白管狀體的排列方式也會影響溫度震盪現象出現的時間;在濕度環境下,因液態水的比熱大、溫度上升慢,導致黑管狀體因和水氣溫差較大,熱量會持續由黑管狀體傳遞至水氣,造成黑白管狀體在熱傳導過程中,溫度熱震盪現象消失。

「蛆」之若悟-探討蠅蛆對於豬糞之除臭作用

隨著人類農牧環境的演變,目前的畜牧業大都採取高密度養殖,雖然高密度養殖帶來更高的經濟效益,但卻是製造更多的環境汙染,例如:豬糞帶來的空氣與水的污染。本研究中,研究者設計以自製之蒼蠅養殖器具培養蒼蠅,從蒼蠅的蛆、蛹、羽化、卵,又循環至蛆,尋找出最適宜培養蠅蛆的方式。本組接著嘗試以蠅蛆分解豬糞中的揮發性有機化合物分子(VOCs)。研究結果指出:蠅蛆可以有效降低豬糞中VOCs的濃度,能比對照組大幅降低3倍的VOCs分子,而分解能力也隨著加入的蠅蛆數量增加而提高。此外蠅蛆也能夠縮短豬糞腐熟的時間,使用蠅蛆替豬糞除臭是件可行的模式,而分解過後的殘餘物質,可再做為肥料,真是一舉數得。

蟲蟲危機-天然紫膠蟲色素染白髮之可行性研究

本研究以紫膠蟲色素添加媒染劑進行染白頭髮實驗。實驗結果顯示,紫膠蟲以乙醇及超音波震盪提取後,色素萃取率為2.89%。經分光光度計檢測其主要吸收波長為489nm,吸光值2.968。如以木醋酸鐵液做媒染劑時,染髮後色素滲透率達27.15%,比荔枝木灰水的16.88 %高,也比無煤染組別11.89%高,此結果證明紫膠蟲色素在酸性下有很好染髮色牢度。此外,如添加指甲花粉以複染方式進行,其CIE L*值為51.22比單以指甲花粉染髮57.40低,此數據代表複染方式優於單次染髮,如紫膠蟲色素添加指甲花粉能增加染髮色彩。綜合前述結論證實,紫膠蟲色素可運用於天然染髮劑中進行白髮染色,且將危害果樹生長之紫膠蟲,開發成具經濟價值的化妝品,並可減少果樹噴灑農藥,達到環境保護的最終目標。

波形密碼--黑繩示波器的波形探討

「波形密碼」中的“波”,是黑繩示波器上白線反射的光線被黑繩擋住而形成影點,因視覺暫留而殘留並連成波線。首先,發現圓筒曲面經幾何投影會造成波長呈現「短-長-短」的歪像畫狀況,砂帶機則不會;黑繩的擺幅會限制波形振幅,黑棍則不會。第二部分,推導出相位差公式:相位差=(波數×360°)/半面白線步數=(360°)/(半面白線步數×轉速比),且當相位差為360°的整數倍時,波線會完全重合。以及波數公式:波數=1/轉速比=(相位差×半面白線步數)/(360°)。第三部分,從經拆解的A、B、C組函數關係式開始,最後推出D組(圓筒+黑繩)的函數關係式: y=kcos⁡(f×tan(ωx)+b)×cos(ax)或y=kcos(ω×|x|m+b)×cos(ax)。

過來『橋』一下~利用市售義大利麵來探討椼架橋樑結構對其負重情形之影響

本研究利用電腦程式West point bridge design 模擬橋樑結構的穩定性,並使用義大利麵充當椼架實際來搭橋,藉此了解結構對橋樑負重的重要性。研究中發現: 1、Warren的結構最經濟實惠,Pratt結構次之,Howe結構負重效率最差。 2、橋樑結構中的每個桿件受力情形不同,因此根據受力情形來加以設計橋樑結構能提高經濟效益,例如:Pratt結構與Howe結構雷同,但是Pratt結構所承受的壓力是落在較短的垂直桿件,因而提高了Pratt結構的負重性能。 3、藉由結構的設計,使得原本負重效率約為65(gw/根)的義大利麵條,提高到99(gw/根),約增加了1.5倍。 此外,藉由West point bridge design 軟體設計橋樑結構,並以義大利麵實際搭建橋樑,且測試其負重能力,可發展成完整的教學流程,極適合國中學生學習建築結構等相關課程。