全國中小學科展

國中組

液滴與固體表面的碰撞行為探討

本研究利用注射器與蠕動泵浦穩定產生直徑 3mm 液滴,並以高速攝影觀察其撞擊行為。實驗發現液滴撞擊乾燥固體表面時,表面粗糙度對接觸角影響不明顯,親水與疏水材質則導致「錨定」或反彈翻轉。進一步研究顯示,液滴撞擊濕潤表面時,親水材質易拉緊液滴表面使其回彈,超疏水碳黑表面則造成液滴彈跳分離。針對濕潤IC晶片進行熱交換分析,結果指出高韋伯數液滴可打破錨定產生飛濺與擴散,顯著提升散熱效果,當韋伯數達193.3時降溫幅度達8.6°C,效能較低韋伯數提升近80%。本研究證實韋伯數與表面性質對液滴撞擊行為具關鍵影響,對液冷與熱管理技術應用具有潛力。

法網恢恢,疏而不漏-不同編織方法對網狀物恢復係數之影響

本研究為解決儲氫瓶存放安全問題,利用測試儲氫瓶編織層的各項變因,來獲取最佳參數,使之安全性得以提升。實驗由編織材質、編織張力、編織密度、編織方式四方面切入進行探討,並於最後將二維的編織物推向三維的儲氫瓶進行模擬實驗。此外,為了提升實驗的精準度,降低實驗誤差,在實驗中使用Arduino系列感測器進行實驗。實驗結果得出在高編織張力、保留空隙的高編織密度,以及低編織角度的設定下,編織面的恢復係數及剛度較高,此時儲氫瓶也最為安全。

伸縮毛毛蟲-如何將正方形與正三角形的規律圖形面積平分

將正方形的邊長從1,2,3,4…依序增加,在面積最大的正方形左上角,加上一個長方形,使其寬等於最大正方形邊長的一半,將最左上角的點連接最小正方形右下的點,形成對角線,問長方形的長為多少時,此對角線能將圖形平分。在此,我們得到一些結論及一般化的證明。 接著,我們把正方形改成正三角形,將三角形的個數依序增加,而邊長依序是1,2,3,4…,在面積最大的三角形旁加上一個梯形,梯形的高為正三角形高的一半,接著畫出斜對角線,我們想問梯形的底為多少時,此對角線能將圖形平分。這個問題,我們也得到一些結論。

甲殼下的清涼—黑水虻蛹殼的隔熱效果分析

在節能減碳的前提下,「隔熱」是綠建築中室內降溫的重要工法。本研究以仿生法及廢棄物再利用之核心理念進行研究發想,嘗試使用黑水虻蛹殼所萃取的甲殼素規劃隔熱實驗。由磁磚的隔熱效果分析中,將不同重量比例的黑水虻蛹殼甲殼素摻入三仙膠中,調製成隔熱塗料均勻塗抹在磁磚上方,並以鹵素燈模擬光照加熱。由重複實驗結果得知:1%萃取蛹殼甲殼素可以降低磁磚下方(背光面)溫度約5.56±0.51℃而3%降低8.29±0.22℃。由研究結果得知,含3%黑水虻蛹殼甲殼素之三仙膠塗料,能有效降低磁磚下方溫度高達6℃以上(0%降低1.71±0.16℃),未來具有發展為低價環保隔熱塗料的潛力,很值得進一步研究開發。

光「纖」亮麗-探討光纖導光性質及照明應用

本實驗主要探討光纖性質及其生活應用。首先,本組測量所使用的光纖規格,接著改變不同變因,以測量損耗值來推斷光如何在光纖中傳輸。實驗後發現光纖越長,因吸收及微彎損耗,損耗值越大,而光纖彎曲角度越大、半徑越小、次數越多皆會因巨觀彎曲而造成損耗值增加;光纖上彎曲位置則是因全內反射、入射角度等造成越靠近入光處彎曲,損耗值越大;溫度對損耗值沒有太大的影響;波長越大則損耗值越大;而入射角度大於最大可接受角10°後,損耗值隨入射角度增加而增加。本組也將光纖用於製作一些照明裝置。一、用集光裝置來聚集光線,並用光纖將陽光導進室內來達到最小閱讀照明亮度的照明系統,二、只使用纖芯以用來製作安全照明裝置和條狀強光照明。

洋起環保光芒-利用芒草混入洋菜膜探討取代塑膠薄膜的可能性

塑膠垃圾汙染日益嚴重,為了替環境盡一份心力,我們決定研究芒草膜。使用洋菜 凍脫水製成芒草膜,在混入芒草草席,再進行拉力、吸水和燃燒能力物理測試及土壤掩埋分解測試。發現自製芒草膜可以達到一定方便性;經土壤掩埋一個月後即可完全分解。 我們依據自製芒草膜各種特性考量,選出最佳比例:煮30分鐘芒草+洋菜溶液芒草膜用手繩編法三條將其製成塑膠袋,證實自製芒草膜可以達到一定程度的功能和便利性,燃燒後可大幅減少灰燼剩餘質量;經土壤掩埋後亦可在自然環境下完全分解,達環保目的。

三角形周長分割點交叉連線的截成線段比例研究及其逆命題

在三角形邊長上任取的一點M,探討由M點出發依序把三角形周長分割成四段,經由「孟氏定理」研究三角形周長它的四個分割點交叉連線的截成線段的比例與M點分割三角形的邊長線段比例有何關係式,而且進一步探討它逆命題成立的條件。

螺線雙重奏—黃金螺線與阿基米德螺線的交點關係

本實驗研究螺線圈數、擴大倍率對黃金螺線與阿基米德螺線交點數的影響,並預測交點座標。研究發現: 1.透過趨勢線預測圈數變化時的交點數,分別使用第一至第四象限預測,發現四個象限各別形成的趨勢線預測值總和會有較高的準確率。另外,我們也利用兩螺線圈數來推導出預測交點數的公式。 2.透過趨勢線預測兩螺線比例變化時的交點數,當黃金螺線和阿基米德螺線擴大倍率的比值越大,交點數越多。 3.前25個交點距離、夾角及圍成三角形面積所形成的趨勢線,用以預測第26個交點之後的數據,誤差率在5.16 %以內。 4.預測交點座標第26點以後,發現預測越接近x軸的交點,y座標偏差率越高,x座標偏差率越低,反之亦然。

有趣的同心三角形

本研究從著名的歐拉三角形公式出發,我們將圓內接同內心三角形,推廣至圓內接同重心三角形和圓內接同垂心三角形。有關同重心與同垂心三角形的存在性與作圖範圍,我們巧妙利用原三角形的九點圓來進行刻劃!再將研究項目放在同心三角形的邊的包絡線,我們先給出其焦點,再用純幾何方式來證明銳角三角形時,其包絡線為橢圓;鈍角三角形時,包絡線為雙曲線;直角三角形時,則是退化為垂心與外心。值得一提的是,本研究進一步整合同內心、同垂心、同重心三角形,發現面積成等比之關聯性。最後考慮將圓內接改成圓外切的同心三角形,這個難度提升很多,我們成功利用奈格爾線來處理這個研究項目,它顯著不同於圓內接同重心三角形。

豬血灰生物膠黏劑在廟宇壁畫修復中的性能探討

本研究探討傳統廟宇彩繪用之「豬血灰」膠黏劑之性能,透過調製不同配比的豬血、石灰/蚵灰、熟桐油,分析其力學、黏度、透水性與老化色差等性能。創新之處為加入豆腐、蚵灰、立德粉與石膏粉製成可保存之粉狀豬血灰,並應用於實地廟宇壁畫修復。結果顯示,豬血與石灰體積比1:1、豬血灰與熟桐油比3:1最具黏著力與抗龜裂性,且環保配方具實用性與儲存性,可作為文化修復之綠色材料。