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粼粼波光下的矽光子波導的傳輸奧秘

新聞報導「矽光子」是台灣未來重點產業,經老師解釋,我們學習到「矽光子」是將電信號轉成光信號在波導上傳輸。光可看是一種波動現象,我們嘗試能否從水波來了解波導原理?在實驗自製水槽中,針對小振幅淺水波的水波導現象與實驗變因進行探討。經多次測試:水波經過單通道傳播一段距離後,水波振幅在約30cm後衰減,而波導上傳播的水波可延波導傳遞更遠距離(>60cm)。 進一步以水深、頻率、壓克力條高度為變因實驗。結果顯示,須同時滿足波速比≦0.65以及起振水波半波長接近波導寬度才能實現水波導現象。 在異型波導實驗中,證明水波導有缺陷時,水波依然可以維持波形在水波導上傳遞。故展示利用小振幅淺水波在水波導上的傳輸,可以學習到矽光波導的傳輸行為。

防傾防危助老枴杖

台灣進入超高齡社會,設計枴杖以達防傾防危助老。 研究顯示:(1)市售枴杖以單點拐為主,約占82%。(2)枴杖底面積與傾角呈正相關,杖長與傾角呈負相關。(3)(抗力矩/施力矩)比值與傾角呈正相關。當比值正六邊形>正五邊形>正方形>正三角形。(4)超音波距地地高度與可測距離呈負相關。若距地高0-10cm,可精確量測距離為2~200cm及400cm間。(5)障礙物偏轉17~63度,測距與偏角呈正相關性,若角度>63度,超音波測距近乎失效。(6)體溫趨勢:頭>身>四肢。量測體溫修正:正確體溫=舌下溫=手掌測溫+2.31度C。(7)正確環境溫= 26.63+(感測溫-26.63)*1.33。(8)自動量測步數:枴杖步數正確率與振數常除數N值呈正相關。當N=8時,正確率約為97%,可由枴杖步數反推人行走步數。

綁手綁「角」!飛石索發射角度與纏繞之探究〜

本研究討論「飛石索」在空中如何利用兩端重物把繩子拉開,繩子在接觸到目標 物後,可以順利纏繞。研究內容有飛石索發射器設計,兩端重物飛出時的向前初速度 計算,還有讓繩子張開的向左和向右速度分量討論,發射攻擊角度和纏繞到目標物的 落點、圈數,研究結果如下: 一、利用彈力橡皮管會伸縮形變來當發射動力,掛架採用四條懸掛式,飛石索可以順利被發射出去。 又因掛架角度設計成張開模式,所以兩端重物會往不同方向飛出,進而把繩子拉開。 二、目標物距離不同會有不同的攻角配合,例如距離目標物600公分時,飛石索繩長設定在70公分,兩端重物各20公克重,調整攻角角度在15度,圖1:飛石索纏繞住目標物飛石索會有最佳的平均纏繞圈數3.4圈。

「植」作未來肉之黏性與彈性研究

本研究以純天然食材製作口感好且容易吞嚥咀嚼的植物肉為目標,選擇纖維量不同的食材製作植物肉,分別是芋頭、香菇、乾銀耳;在來米粉、糙米、蓬萊米、糯米、馬鈴薯作為黏著劑,比較自製與市售植物肉之彈回能力、復原能力和變形程度。 依本研究設計的【黏性測試實驗】、【彈性測試實驗】。發現攪拌40秒後的蓬萊米、攪拌20秒後的糙米和攪拌60秒後的馬鈴薯最適合作為植物肉的黏著劑。在9種植物肉的組合中,以糙米攪拌20秒+香菇的彈性最佳。彈性回復力測試中,蓬萊米攪拌40秒+乾銀耳、糙米攪拌20秒+乾銀耳或香菇的組合復原能力最佳。實驗數據不僅提供植物肉的硬度分類,也能為調整纖維和黏著劑的分量提供參考,做出更好的植物肉!

用心良苦的單親媽媽─日本藍泥蜂(Chalybion japonicum punctatum)雌蜂築巢行為探究

本研究探究日本藍泥蜂 (Chalybion japonicum punctatum)雌蜂築巢行為,從2023年7月至2024年6月,觀察與記錄人工巢18巢,自然巢78巢,共96巢。研究發現:巢位選擇部分,雌蜂築巢無樓層、方位及棲地材質偏好,人工巢位第1、2圈平均築巢率53.3%,具聚集性;借坑性築巢特性部分,巢洞1cm以下最多,巢室1間最多,巢室尺寸2.77cm最多,封口與洞口距離多為0cm;雌蜂獵捕蜘蛛育幼,獵物2科4種,每巢約 14-20隻;羽化後殘骸1節以下佔62.01%,幼蟲攝食方式為啃食;完成雌蜂築巢行為譜,雌蜂有競爭、築假巢等護幼行為;白門平均有0.864669mg/g氨氮值,尿酸濃度為比壁虎排遺低、氨濃度與壁虎排遺相當,約400~600uml/L;pH值平均6.11,弱酸性;水份平均281秒滲入白門,具透氣性;較其他蜂巢門滲入時間長,較具防水性。

捕碳成鈣 鈉麼厲害

為了回收二氧化碳,成為有價值的產物。本研究建立以化學吸收液捕捉二氧化碳,並生成碳酸鈣的流程。在吸收液吸收二氧化碳後的反應液中加入含鈣液,替換出碳酸鈣。以沉澱法、空氣柱法探討捕捉二氧化碳的化學吸收液特性,以變色法驗證吸收原理。以光阻法測量含鈣液的替換效果,並以吸收速率、吸收量、沉澱量、還原率,找出最佳吸收液。結果發現,以氫氧化鈉與二氧化碳產生酸鹼反應的方法固碳,再加入氫氧化鈣替換出碳酸鈣,並同時還原吸收液,循環利用,是二氧化碳捕捉再利用的好方法,不需要額外能量就能將二氧化碳轉換成碳酸鈣。最後研發捕碳成鈣循環裝置,包含二氧化碳吸收槽,替換沉澱槽、吸收液還原槽,展示了在生活中捕碳成鈣的應用潛力。

來電不來電

本作啟發自線上的影片「Can you solve the giant iron riddle?」,內容是在有外觀無法辨認的4顆有電與4個沒電的電池中,在一次只能取2顆電池測試的限制下,以最少的次數找到2顆有電電池的方法,結論是以分組的方式進行測試會有較佳的結果。本作先驗證影片的方法有效後再進行推廣,得到找出2顆有電電池較佳的方法為分組法或直接取法。再嘗試推廣至取3顆電池的情形,發現除了分組法與直接取法外,還可使用「X2Y1循環檢查法」。最後改良「X2Y1循環檢查法」後,不但可以有系統地測試所有可能的情形以外,能更有效地減少測試次數,提高尋找有電電池組的效率。

「百頁」千嬌~低脂高纖百頁豆腐製作之探討與分析

市售百頁豆腐含大量油脂,高熱量讓人卻步,本研究探討降低油脂和添加膳食纖維粉的可行性, 並提出配方供自製時之參考。 首先自製硬度測試器、壓縮力測試器,並不斷修正器具以降低誤差和提高準確性,其次藉由實驗瞭解各原料對百頁豆腐品質的影響。實驗發現:大豆分離蛋白粉比例、油脂和澱粉的種類與添加比例、 黏著劑種類、不同膳食纖維粉、酸鹼性與鹽類等,都對百頁豆腐品質具有影響。 建議:依個人喜好選用不同風味的油脂 並降低至10%以下;澱粉以樹薯粉5~6%為佳;黏著劑以蛋白粉3%或以雞蛋取代能提升乳化作用也更加嫩滑;酸性、鹼性皆會降低硬度;以冷凍法貯存能增加孔隙及延長賞味期限。本研究提出低脂高纖百頁豆腐配方是健康又可行的。

魔法變變變!把吃剩的米飯恢復原狀

本研究對米飯復熱後性質進行探究,我們先進行問卷調查,作為實驗設計的參考。我們以臺東的關山米來做為復熱實驗的研究對象,並以第三屆臺灣稻米品質競賽的冠軍池上米來當實驗參照組,將已經通過專家驗證的米飯,跟我們的實驗數據做比對。 我們針對米飯保存時的溫度、時間;復熱時所使用的容器、復熱設備等變因進行探究,結果顯示:將米飯用保鮮膜包覆冷凍保存,以陶瓷容器盛裝、以微波爐復熱,米粒的長度、透光度、黏性和彈性都會非常接近冠軍米的數據。 最後,我們將最佳化方法復熱的關山米,與當餐煮的冠軍米提供給同學試吃進行忙測,高達52%的學生覺得復熱後的關山米比當餐煮的冠軍米還好吃!這套米飯復熱的方法簡單方便,已達到我們的研究目的。

不鈣你-利用自體螢光檢測含鈣程度

我們希望能用簡單、不破壞食材本身的光學方法,就能檢測到食物的鈣含量,研究方法是以牙菌斑顯示機,搭配不同顏色、不同層數的玻璃紙,不需在暗室的環境下拍攝照片,以肉眼觀察亮度與軟體分析RGB三原色並進行探討。而實驗樣品則是以不同混合比例的碳酸鈣水溶液為對照組,再漸進到含豐富成份、外表有不同顏色的食材。結果顯示,多層數黃色、紫色玻璃紙仍具有足夠亮度可以看清樣品,而綠色玻璃紙就完全看不到,此結果與相關的文獻螢光光譜一致,軟體分析RGB三原色強度更進一步確認食材是否為高鈣含量,與文獻上生化方法檢測食品鈣含量高低也有一致效果。