全國中小學科展

國小組

甜蜜交織的共振擺

本研究探討「共振擺中『介質』和『交替晃動』的關係」。實驗方法採多次試驗、實際操作與影像紀錄等方式進行。研究結果發現:(一)文獻影片中交替晃動的情況並不是最佳效果;(二)以棉線當介質時,綁點間有一個最佳距離,可以讓交替晃動情況更明顯;(三)介質張力的大小,是交替晃動效果好壞的關鍵;(四)橡皮筋介質的「交替晃動次數」最少,效果最明顯;釣魚線介質的「交替晃動次數」最多,效果最差;(五)最佳的交替晃動共振擺裝置為橡皮筋介質,最大能量轉換率是95.4%,衰退率則是12.6%。總之,要用易拉罐盪鞦韆看到明顯交替晃動的現象並不容易,在裝置設計上有其妙方;歷經了上百次的實驗後,才順利找到許多關鍵的要素,結果令人振奮不已。

〝鍬〞援小英雄-仿生機器人在救援現場應用的研究

本研究使用仿生機器人來觀察在不同救援環境應用時之移動速度差異,透過機械結構之連桿原理進行機器人足部設計調整,以仿生鍬形蟲六足吸管機器人進行模擬實驗測試。經由研究結果得知這類型的機器人能快速平穩行走的最佳設計條件為:六隻腳結構、腳長分別為前足4cm、中足5.5cm、後足4cm時、足底材質為魔鬼氈或菜瓜布。另外,實驗中發現了適當的載重為40g時反而讓機器人移動速度也變快,為了驗證是因為足部摩擦力增加的關係,也另以無載重足部摩擦力實驗驗證了這個推論。我們又改造測試發現機器人的中後足裝上泳足時可在水中最快速移動,綜合以上研究我們成功達到了讓仿生鍬形蟲可以「從水中到陸地」與「從陸地到水中」都能穩定快速進行救援移動的目標。

風中奇緣~探討風與學校建築物的關係

本研究透過文獻的蒐集,了解風與建築物之間的關係,發現風流經建築物的過程中變化相當複雜,有多重因素會影響到風的行進。本研究以學校建築物為依據,透過自製教室模型進行水煙模擬氣流的流動,真實體會到空氣的流動,也觀察到水煙經過長廊的情形。 經實驗探究發現:長廊長度越長、寬度越窄及適當的高度,都會使觀測物移動較快,表示所受風力較大;在長廊的前、 後段位置風力都較大,推測前段靠近風扇出風口,而後段可能受到狹管(窄管)效應的影響,與實際於學校長廊上人體所感受到的是相符合的。 最後,發現在長廊後段高處是一個較佳的集風口位置,可把導風裝置設計在此處,藉由長廊聚風的效果將風導入到兩側教室內,善用大自然的風讓教室更舒適。

別在這裡躲貓貓-校園安全、視線死角大解密!!

校園安全一直是各界關注焦點,然而,廣闊校園仍有許多潛在危險,特別是被建築物、設施或樹木遮蔽視線區域,是否因此增加安全疑慮?本研究透過1.問卷調查2.軟體分析3.實地觀察數據相互比對,發現以下幾點: 1.師生對校園內常用及不安全空間的認知具高度一致。 2.師生感到不安全的空間與軟體分析視線遮蔽區域吻合。 3.辦公室地理位置,對於人員動線的掌握具顯著效果。 4.實地觀察之記錄與問卷、軟體分析結果相似。 結果顯示空間規劃與校園安全之間的重要關聯,為提升校園安全提供參考依據,本研究藉此檢視校園內之警監系統及自動照明,發現設置尚為完備,但為更進一步達到告警效果,我們加裝告警設備,提醒小朋友不要進入學校危險區域。

智能手語學習輔助遊戲

本研究透過擷取手勢關鍵點和臉部座標,開發了自動辨識手語程式。在持續的改良下,平均辨識率從68%進步至85.2%。以此基礎延伸發展,我們將”手語的意義、動作與情境故事性”互相結合,設計了三種類型的手語學習輔助遊戲("單詞情境遊戲"、"相對字詞比較遊戲"、"相似手勢比較遊戲")。80%以上的使用者認為我們研究的智能手語學習輔助遊戲,能輔助學生學習臺灣手語本土語言課程,能提高手語學習的動機與成效。 另外,我們也設計了”自動化生成程式 ”,讓有教學需求的老師或是自學需求的學生,可以針對需要練習的手語,快速地自動化設計出手語遊戲。讓手語學習者可自主複習手語動作;教育者也能夠適時輔導部分個案提升個案手語動作的精確度。

亮不亮,有關係!

臺灣於2015年6月15日經立法院三讀通過「溫室氣體減量及管理法」,2015年7月1日總統令公布施行,自此正式邁入減碳新時代。 本研究將以水資源節能運用發想在廁所中,通過水塔的位能差作轉化為電能,點亮廁所電燈,達到有以下特點: 一、節能,利用水塔位能差,無需消耗電能。 二、環保,無汙染、無輻射,保護生態。 三、安全,採用水塔位能差,通過低壓直流電轉化為光能。 四、簡單,機械設定的自控開關裝置可根據每次使用廁所進行開關燈。 五、便宜,安裝成本低,使用壽命長,維修方便。 利用水塔的位能差來發電、可以省電,又可以做環保,還可以節能減碳,更可以讓空氣清新,真是做了一件很好的功德。

二岸塵情-濁水溪下游南北二岸西螺與溪州之落塵及PM2.5相關性研究分析

濁水溪南北二岸共14點測PM2.5、蒐集落塵以顯微鏡測粒徑、氣象署AQI,分析109.11至112.04 間PM2.5發現: 一、實測PM2.5與蒐集落塵及氣象署AQI,南岸高於北岸,戶外高於室外,冬季北風南岸揚塵與AQI同。 二、北岸戶外小顆粒低於南岸,戶外大顆粒大於室外,南岸戶外大顆粒高於北岸。冬季大顆粒高於夏季。 三、陰天PM2.5高,雨天PM2.5低。 四、冬季北風:戶外高於室外,南岸戶外、室外均高,環境影響。夏季南風:PM2.5低,北岸略高。 五、戶外落塵量:冬天南岸略高,夏天111年6~11月南岸也高。環境影響。相關係數低,落塵量二岸無相關。 六、風速高PM2.5增;溼度高PM2.5降。 七、PM2.5低夕陽清澈明亮;數值高夕陽渲染朦朧。雨後PM2.5二岸低。 八、濁水溪北風吹彿揚塵測試模型可模擬冬季北風情形。

舒芙蕾的蓬鬆之謎:探索「舒服」的高度秘訣

本研究以舒芙蕾為膨脹模型,探討蛋白打發、配料及烘烤條件等多重因素。提高攪速促進蛋白質變性並包入空氣,形成穩定泡沫;糖分次加入可提升黏度和界面穩定性。食鹽增加離子強度,破壞蛋白靜電排斥,降低泡沫穩定;氯化鈣的Ca²⁺使蛋白過度聚合,抑制起泡。檸檬汁有機酸調整蛋白電荷,提升穩定性。 低筋麵粉有助氣體膨脹,乳脂穩定氣泡界面,過量影響網狀結構。膨鬆劑方面,酵母產氣慢適合長時烘焙,小蘇打與強酸反應快易導致結構坍塌,建議搭配pH>3弱酸如酒石酸氫鉀,類似泡打粉,產氣速度平緩。烘烤溫度150°C佳,高溫長時使硬度增加、蓬鬆度下降。玻璃容器導熱慢有利麵糊膨脹成型。蛋白泡沫穩定性與膨鬆劑的協同作用是舒芙蕾成功膨脹的關鍵。

「形」「音」不離對稱剪紙

生活中的聲音隨處可「聽」,聲音來自於振動,因此我們拆解音響喇叭設計實驗,首先自製不同喇叭震源設備之圖形模擬器,再搭配不同材質、厚度和複合材質的板子與不同頻率的輸入,觀察其圖形變化。 實驗發現: 一、以共振喇叭設備在固定時所形成的節線較為完整且清晰,產生圖形的頻率範圍較廣。 二、不同材質的板子密度(重量)不同,導致在高頻時,出現相似圖形的頻率差異較大。 三、單一紅銅板或複合材質的板子密度(重量)相近,出現相似圖形的頻率無明顯差異。 四、特定頻率下的幾何圖形,當頻率越高,出現的圖形越複雜,皆有對稱性,讓我們聯想到 『中國的剪紙藝術』,我們試著把「看見」的聲音形狀用色紙剪出其對稱圖形。

魔戒三部曲~以物理模型和tracker分析翻轉落體的運動模式

鏈與環魔術簡稱為魔戒,本研究將魔術tricks藉物理模型與tracker軟體分析,化成探討翻轉落體運動物理模式。發展四種物理模型進行實驗、攝影與截圖、tracker分析其S-t、v-t圖和相關物理量,解釋環套鏈成因。包括:1.環套鏈物理模式分為翻面落體期、立環直落期、翻鏈套環期與鏈環彈跳期等階段;2.翻鏈套環期決定環能否套入鏈;3.環套入鏈變因與影響程度為:鏈單位長度重量>環質量>鏈長度>環直徑;4.鏈愈輕、環愈重、環直徑愈大時,環可套入鏈長範圍愈大;5.鏈愈長,第二階段立環直落期時間也愈長,其他階段幾乎相同;6.環重遠大於鏈重時,鏈長會糾纏成多個套結,鏈短則形成半個套結;7.經鐵環兩點雙track過程,得知環翻轉運動軌跡。亦發現,一節節鏈設計亦為環能套入鏈成因之一。