全國中小學科展

國中組

神機鬼械,機不可濕?--最佳化BCF游動式機械魚的運動表現

本研究旨在探討影響尾鰭推進游動式(BCF)機械魚游速的因素。本研究是將市售仿生機械魚進行改良,從材質特性、形狀、面積、夾角、浮力、穩定度及浮心位置等因素著手,改變材質、尾鰭、浮球後,將機械魚放入自製環狀水道,測量機械魚在水道上繞一圈所需的時間,找出機械魚的最佳化配置。本研究總整了35隻機械魚、420筆實驗紀錄,結果顯示:薄PP板(3mm)材質、叉型夾角90°尾鰭、前面浮球向後1cm(浮心極靠近質心)且浮球材質為乒乓球的機械魚,游速最快,成功使機械魚繞環狀水道一圈所需的時間減少27.2%,大幅提升了機械魚的游速。本研究結果,也能在大體積的水道中重現,展示改進市售仿生機械魚運動表現的可能性,有助於提升人們對魚類游泳之仿生機構的認識。

回收式.自製光觸媒–廢水脫色大作戰

光觸媒在生活中相當熱門。本研究旨在自製二氧化鈦光觸媒用於淨水並著手製作其薄膜使易於回收,或具磁性吸取再利用。 過去科展沒有自行合成光觸媒的作品,這是因為製作上需要毒性較高的藥品。實驗中我們找到「檸檬酸鈦」來源可以在「水」中利用簡單的沉澱反應製作TiO2,但得到的TiO2粒徑小,淨水後的過濾十分耗時,所以試著將其製為通透性薄膜,實驗發現:市售的「保利龍膠」有利於組裝薄膜,其中調和膠比例(醇/膠)為1:1~2:1,膠材比例(調和膠/粉體)為4.5:1~9:1之間,能固定粉體卻保有通透性,能促進薄膜於日照下使亞甲藍模擬廢水迅速脫色。 實驗也嘗試利用檸檬酸鈦結合Fe3O4製成具磁性的TiO2,嘗試了不同作法,終於製作出兼具良好脫色效果及良好磁性的磁力光觸媒。

附壁氣流飛行器-探討機殼構型對飛行的影響

去年根據附壁效應試驗出幽浮飛行器後了解氣流對飛行影響很大值得細探,於是今年更深入對外殼弧面、垂直導流板與水平移動板進行改造,發現: 1.機殼弧面改成低圓,不會降低氣流附壁升力又可減重 2.機身反扭矩力與螺旋槳長度與轉速成正比 3.小面積的垂直導流板修正反扭矩角度過大會耗損升力 4.水平移動板將向下氣流轉向水平側邊過多也會影響升力 根據機殼氣流附壁實驗發現,每一種變項都會相互影響下,以有限的升力調整出最佳平衡的構型,測試發現:機殼表面氣流的附壁吸力能有效提高升力16.7%,且風力越強提升比例越高;載重可達500g,且載重與續航時間成反比。沒想到只是簡單的幽浮外觀牽涉到的飛行氣流竟是如此的奧妙又有趣!

大法「溼」的魔法開關-以不凋花製作仿生開關

有一些天然的乾燥花—急凍花及蠟菊,澆水時花會閉合、乾燥後又會再度開花,本研究探討其連續開閉的構造及機制,並利用其特性製作自動澆水器。 研究發現控制反覆開閉的關鍵位置在於苞片近基部的轉折處,該處是水份的入口,吸水時細胞變長,使背側增長,導致花閉,失水時細胞變短,使背側變短,導致花開。形變角度受其材質特性、空氣含水量及溫度影響,具有Hydromorph現象。 本研究以蠟菊的苞片製作濕度感測器,利用其形變,控制澆水器的開與關,配合春夏秋冬不同的溫濕度及植物的喜濕性,調整感測器的通風程度,可控制澆水頻率,下雨時,則自動關閉並調整澆水節奏。以植物的素材作感測器開關,感測和控制一體,可環保省能。

逆境而生的紅鳳菜-探討NAA、IBA與6BA的混合濃度及環境酸鹼值對紅鳳菜癒傷組織的影響

紅鳳菜是一個對人體有幫助,同時也對人體有傷害的雙面刃植物 (林威宇, 2003),且紅鳳菜是易生長及觀察的草本植物,故本實驗除了想了解癒合組織的產生,也想了解NAA與IBA及6BA的混合應用。 從實驗觀察到: 1、濃度範圍在2000ppm之下,紅鳳菜在NAA與6BA在濃度比1:1時,濃度越高越容易長出癒傷組織。 2、NAA所佔的濃度比越高,癒傷組織越明顯,IBA則反之。 3、紅鳳菜在IBA與6BA在濃度比1:1時,濃度在1000至2000ppm之間,浸泡時間一分鐘內,環境pH=6最有助於癒傷組織的形成。 4、硝酸銨對紅鳳菜產生癒傷組織的效果最好,鈣離子可提早激發癒傷組織,而硫酸根離子則會抑制產生。

壺底「糊塗」~藤壺黏著劑的探討

暑假去澎湖玩的時候,意外的發現巨大的礁石上面都黏滿了一種具有堅硬遺骸的「生物」,他們到底是分泌出什麼樣的黏液才能使自己黏在那裡呢? 我透過不同水溶液與藤壺遺骸粉末的交互作用中,瞭解藤壺粉末的特性、黏滯性,藉由純化作用在顯微鏡下觀察黃色物質,也利用蛋白質測定劑測試,發現藤壺遺骸的底部秘密。 探討藤壺底部黏著的可能成分。 藉由在加水或酒精或清醋藤壺糊狀物的磚牆(木牆),進行重物敲擊實驗,結果發現清醋的牆面最堅固,其次是酒精的牆面,水的牆面最脆弱。

如鈴聲曼妙~賽夏族臀鈴與安克隆竹琴的律動共鳴協奏曲

我們用音頻分析軟體Syaku8測定自製安克隆竹琴管長並以Excel試算各音名標準音頻,比較出的實際偏差率,可做各竹琴組修正管長的參考。 以力矩平衡原理及合弦伴奏想法來組合安克隆竹管-自製「安克隆風鈴」,並分析其共振關係,實際搖動此風鈴所產生的共振音頻聽起來也很悅耳動聽, 我們創新整合安克隆竹琴、風鈴及賽夏族臀鈴的想法,經電腦音頻測定軟體及麥克風收音,記錄安克隆竹琴、風鈴、臀鈴的單一音頻及共振音頻圖後,已可以準確的將臺灣最大的天然資產-三~五年生『竹子』轉換成校園律動的節奏樂器,希望以後能大力推廣到其它學校,讓我們臺灣的學子都能自己製作出安克隆竹琴及創新的賽夏族臀鈴,快樂的享受學校表演藝術課帶來的音樂與律動的美感!

咖啡廢棄物再利用-咖啡果皮之研究

本研究將農業廢棄物咖啡果皮為原料,用乾果機以60℃與70℃將其烘乾只要200分鐘,比傳統日曬法(兩天)更快;抗氧化力測試上,乾果機烘乾法顯著優於傳統日曬法;咖啡果皮以乾果機烘乾後的第1~9天都維持穩定抗氧化力;咖啡果實在較高海拔其抗氧化力比較低海拔要好,成長期在均溫較低的咖啡果實其抗氧化力比均溫高還要好;若是在相同海拔、沒有施肥咖啡果皮則抗氧化力較低。與六種果乾進行抗氧化力比較,咖啡果皮茶都比這些水果乾要高。而與茶葉的抗氧化力的測試中,咖啡果皮茶在所有茶類比較中僅次於綠茶,與阿里山高山茶相近。官能品評實驗中,受試者對乾果機烘乾的果皮茶之喜好程度均優於傳統日曬法且具高的購買意願。

「鮮」度之計在於「色」~牛肉吸光度及顏色檢測裝置研發

本研究藉由牛肉新鮮度下降會引起顏色變化的機制:肌紅蛋白莫耳吸光度波形在527nm處相交,其固定濃度下總吸光度為定值;在572nm處可測出總吸光度隨變性肌紅蛋白所佔總體比例的增加而下降,開發出檢測裝置作為鮮度計。以D1 mini整合2種單一波長527nm,572nm LED為光源,及BH1750光照度計量測入射光量和透射光量。並以MicroSD卡記憶模組紀錄,計算肌紅蛋白變化率Mb%,來判定牛肉新鮮度。再改進光源為高亮度晶片型LED,縮小體積和TSL2561光照度計模組,運用反射式的偵測不需破壞肉品,加入OLED顯示模組立即顯示計算結果,並由使用者按鈕主控檢測,改善使用者經驗。能有效協助消費者檢測出已超過保存期限牛肉而未敗壞者,可減少食物的浪費,並且可避免誤食敗壞的牛肉引發中毒損及健康。

「菇」「果」之「膠」-探討百香果果膠與香菇幾丁聚醣複合物性質

百香果皮、菇類和茭白筍殼為常見農業廢棄物,我們從百香果皮萃取出果膠,菇類萃取幾丁聚醣,改變幾丁聚醣與果膠的比例合成不同複合物,測量對水、油及染料的吸附,當複合物果膠的比例增加,吸水和油的比率會上升,亞甲藍及甲基藍均以物理吸附為主,隨果膠添加量增加,亞甲藍在1:3後低濃度有化學吸附;將不同纖維長度的茭白筍殼製成紙作為基材,複合物塗佈在紙上測吸水、吸油和作用力,當筍殼紙纖維越長拉力會越大,但厚度也越厚,故應力反而越小;筍殼紙添加複合物後吸水和吸油性質會受到共同的影響,吸水和吸油率在複合物1:5時最佳,而筍殼纖維1cm>打散;筍殼紙添加複合物後打散纖維的拉力有明顯提升,但筍殼纖維1cm則無明顯提升。