全國中小學科展

國中組

暗「潮」洶湧—以3D列印技術,探討洋流發電之研究

本研究主要是利用水箱設計模擬洋流的模型,並建構穩定的模擬測試流場,進一步以Maker概念,結合3D列印技術,設計並印製各種型式扇葉及葉框導流等變因模型,用以探討其對洋流發電的影響。 研究結果發現:水平式阻流型渦輪機其扇葉面呈30度傾斜角及8片扇葉數時有較好的發電效能;若加上適當比例長度的圓錐導流尖角及加裝分離的導流罩框,並調整導流罩框的高度與距扇葉面的距離,和適當比例開口,均能達到較好的集流發電的效能。參考比較相關的風力發電研究報告,本實驗相關的研究結果符合理論探討。因此,本研究以3D Maker的概念技術,建構探討洋流發電的模型確實可行。未來,應可用此技術作為探究洋流發電系統的一項思維與工具。

源源不絕 Stanley Generator發電效能提升之研究

我們創造Stanley Generator,並設計實驗和製做量測治具,測量其發電效能,以實驗數據為根本。比較Stanley Generator與傳統發電機之發電效能,竟能提升24倍之多,遠遠超過之前預測的2倍,經過反覆討論與公式研究,終於找出Stanley Generator效能提升的理論依據。

〝得來塑〞 --- 海洋微塑粒清除系統之設計

聚乙烯(HDPE與PE)最能被油品吸附,矽油最高吸附PE(68.2%),葵花油吸附HDPE(50.0%),若要使用塑膠,應以聚乙烯成分優先。考量流速與吸附率的迴流吸附係數RAC(Reflux adsorption coefficient),靜態吸附塑膠使用矽油最好,迴流吸附則使用針車油最好。迴流裝置對塑膠回收率:第一次為 86.7%,第二次為 95.8%,第三次迴流為吸附56%,因此利用吸油法吸收塑膠不適合三次以上迴流。廢棄暖暖包因含活性碳,所以使用廢棄暖暖包來固化油品最佳。體積比例為廢油:暖暖包=1:2時,具有不漏油且量最少的經濟效果,固化時間需4~5天即可將廢鐵粉交鋼鐵廠進行後續處理。

霧裡看花~誰像誰

本研究主要探討以軌跡法做出平面多邊形的軌跡圖形與原圖形之間的關係。文中主要分成三部分加以分析討論。首先,將三角形以軌跡法做出後,觀察軌跡圖形與原圖形的關係。其次,軌跡圖形與原圖形是否存在一定的規律,對於不同的多邊形是否都存在此一規律?最後,以數學概念證明出軌跡圖形會與原圖形相似或是全等。從中發現在菱形的相似圖形尋找過程中,當原來菱形的內角分別為60°、120°、60°、120°時,其他兩點的軌跡線所形成的圖形與原圖形具有全等關係。接著更進一步分析與討論此一情形後,歸納出當所選定的軌跡點至定點的距離等於定點至動點的距離,則該軌跡點所形成的軌跡圖形會全等於原圖形;反之,該軌跡點所形成的軌跡圖形會相似於原圖形。

who「焦」軟殼蝦? 蛻殼與異性互動對螯蝦類焦慮行為之初探

前人研究證實電擊與同性競爭會造成螯蝦焦慮,不過這些研究沒有考量蛻殼週期的干擾,異性互動的研究也少見,因此本研究將探討蛻殼與異性互動對螯蝦互動行為與類焦慮行為的影響。我們以互動缸來觀察公、母螯蝦的互動行為,透過十字迷宮進行類焦慮行為評估,再以X光拍攝胃石判讀蛻殼週期。結果顯示,蛻殼期與間期的公、母螯蝦有不同的互動行為,蛻殼蝦和異性互動總量低,且有互動之蛻殼蝦所誘發的類焦慮行為較為明顯,顯示蛻殼與與互動都會造成螯蝦焦慮。螯蝦體型會影響拒絕行為,大螯蝦以推離為主,小蝦則迴避比例較高,類焦慮行為則沒有顯著差異。此外,大公蝦與小母蝦互動較容易交配,但體型差異、是否交配與類焦慮行為的關聯尚待進一步釐清。

安全有一「帽」

腳踏車的安全防護設備是非常重要的,在歷年交通事故統計數據中,視線不佳、路況不良、車速過快、未保持安全距離…等,都會造成交通意外。 根據中央氣象局統計資料得知,基隆2014年下雨天占50%,2013年占55%,在這麼高降雨機率下,視線不佳、天候不良讓危險增加。 本系統的設計,針對腳踏車安全防護設備缺點,改為主動閃光設備,視線不佳時,警示器提供LED燈光,增加腳踏車騎士與駕駛反應時間,當車輛接近時,利用光線強弱驅動IC運作,將光線轉換數位信號,使安全帽上LED燈加快閃爍頻率,引起後方汽、機車駕駛者注意,同時安全帽上緣處增加太陽能電池,使白天騎車可充電,內緣增加喇叭,同步產生聲響告之,增加夜間腳踏車騎士的安全,減少事故發生。

親疏有別—水滴在親疏交錯界面之運動現象探討

當水滴碰撞親疏交錯界面,直線、弧線及螺線親疏線條決定了水滴鋪展收縮的對稱形態與受力,研究發現水滴有分割、彈跳、移動、旋轉等多樣化運動現象,接著以此基礎提出「水滴移動猜想」並且驗證成功水滴置於 繪有親水弧線道的疏水振動平板上,會因為持續的不對稱鋪展收縮產生了振動-移動現象,且和水滴大小、振幅頻率、親疏線型、平板材質、張力黏度、角度…有關。本研究亦嘗試控制水滴使其產生繞圓周、直角過彎、 爬坡下坡等現象,更測試出「懸吊」水滴的振動-移動。最後,針對其形態、受力加以分析,提出模型予以解釋。

地動山不搖—隔震裝置在建築物之應用與探究

本篇研究隔震裝置及搭配不同消能元件之探討。實驗得知,安裝隔震裝置可有效隔震;單層隔震裝置擺動方向與地震力方向相同有較佳隔震效果,角度加大隔震效果變差,也許可透過疊三層,各層夾120度之擺放模式解決地震力方向問題。建物高寬比大晃動明顯,蓋建物應考量隔震器承載重量與建物擺動力矩的極限;不同擺長隔震裝置有不同自然頻率;組合擺之自然頻率較單長擺低,且最大加速度較低但頻寬較寬;隔震裝置並非越多層越好,多層可能造成重心偏高晃動加劇;隔震層於底部隔震效果最佳;以隔震為基礎加裝阻尼消能發現,在適當的阻尼下,系統可兼顧隔震與消能,有效降低大樓晃動,若阻尼過大則導致隔震功能喪失,能量大幅傳入建物造成擺動加劇。

小莫比的翻轉世界

莫比烏斯環可謂變化多端,只要賦予一小小操作變因,即產生意想不到的結果。由於其結果會有翻轉或打結的情形發生,故此研究以「讓莫比烏斯環呈現一通順無阻的大環」為目標 於接頭進行「錯位黏接」與「適當翻轉」,並統整、歸納出其翻轉度數、打結情況、黏接方式的特性、變化和規律。

「你是我最甜蜜的量子糾纏,讓我們還給這世界一彎乾淨的河水吧!」-物聯網智慧濾水裝置

工廠所排放至河川中的工業廢水會對我們身體健康造成危害。本研究是提出一款具備自動替換濾心功能並結合IoT概念的濾水裝置,本設備是從化學、硬體與軟體三個面向進行整合。首先我們以具備高孔洞性的海藻酸鈉晶球,固化可用於吸附重金屬離子的吸附劑-幾丁聚醣[1],製作出一款適配於我們濾水裝置的濾心,能在軟硬體兼備下藉EDTA脫附而達到自動替換濾心的功能。本設備崁入具高度自動化的程式,能在無人操作情況下,實現自動監測及水質分析,此外,以簡單可視化的網頁的方式呈現給使用者瀏覽。本設備的硬體則是與軟體搭配而成的高客製化成品,相較於目前市面上的現成硬體,擁有更小的體積及更低廉的價格,且能針對本研究的需求,作到最佳化的設計。