全國中小學科展

生活與應用科學科

利用影像處理軟體分析流場流速之研究

\r \r \r \r \r \r \r \r \r \r 流場流速之量測在現今流體力學領域中是一項重要的技術,由流場流速之分佈可使我們瞭解流場的特性,從而印證各種理論所得結果之適切性。而由於目前量測流場流速之儀器設備皆相當昂貴,如須購置,對於學校而言是一項沉重之負擔,因此本研究想利用低功率雷射結合已經相當普遍之數位攝影機,產生數位影像後,再藉由影像處理軟體分析轉檔,最後由質點影像測速軟體分析,求得流場流速之分佈。由研究之結果發現【1】研究並拍攝水在攝氏90 \r 度時之流場流速平均值約為2.87×10-2m/s,大於鋁粉之沉降速度(1.64×10-3m/s)甚多,因此可視鋁粉為理想的可視化介質、【2】為避免變形計算誤差的產生,利用畫有刻度之投影片進行校正,可確保拍攝面與影像擷取裝置平行、【3】DV之每張影像間隔0.034 \r 秒,因此所得之流速可視為瞬間速度、【4】每兩張影像圖可分析出一張流速圖,由多張流速圖之動畫可清楚看出流速的變化、【5】熱水上方之主要流場為向外且產生渦流,而其餘之流場則較不規則。本研究結果雖在經濟性方面有其優點,但如能將雷射之功率提高、可視化介質反射率增大、攝影機之解析度提升,則完整性會更高。 \r \r \r \r

上課了,誰還有聲音? 是「它」!~利用環保材質,減少椅腳噪音的方法

教室是我們學習的主要場所,卻因為椅子的拉動產生噪音,影響我們的學習。藉由此實驗,了解椅子拉動時所產生的噪音值,由一張椅子的80分貝,到全班產生的100分貝。而椅子拉動的方式不同,包含往前推、往後拉或是翹腳腳拉動,所產生的噪音大小都不同。椅子往前推時所產生的噪音最大,往後拉較小,若椅腳翹起來時,噪音值更小。為了建立更佳的學習環境,因此利用環保材質來包覆椅腳,減少噪音。單層包覆後,以網球的效果最佳,噪音值61.1分貝,布類的效果也很好,比對照組的89.3分貝低很多。在多層包覆中,都可降到60分貝左右,和市售的減噪墊片效果差不多。所以包覆物質愈厚愈柔軟、愈粗糙都能有效減少噪音的產生,且這些都是廢物利用,經濟實用。

鏡裡乾坤—多射角反光鏡裝置的研究與應用

為了達成節能的目的,我們嘗試將陽光反射進室內以替代使用電能的照明設備,但是太陽的「高度角」和「方位角」會不斷的改變,因此我們利用「最佳太陽高度角」及「有效太陽高度角」的觀念設計出「多射角反光鏡裝置」,並以圖面模擬和縮小版的模型來證明它的實用性。

酵素洗衣真速效

我們先分析污垢的成份,了解污垢是以不同的方式附著在衣物上,同時也分析各種不同材質的衣物對於污垢的吸附程度,污垢對純棉吸附力最強。再以酒精浸泡的方式製作不同植物酵素,研究各種植物酵素對於衣物的去污力,為判斷污垢清潔後的乾淨程度,我們利用樂高機器人中的光源感應器來偵測污垢顏色的深淺。結果以番杏、青木瓜及蘆薈的效果最好,所以製作了混合酵素。利用膠水和小蘇打粉加入混合酵素中,讓混合酵素可以藉由事先塗抹的方式讓污垢能在一開始就先分解,而不會深入布料纖維中固著住而不易清除,就可以使污垢更容易被洗掉。

奇妙的保存劑〝食鹽〞

本研究在探討溶解度與溶解速率的影響因素,經實驗發現物質種類、溫度與溶劑種類會影響溶解度,而且溶解度會隨著溫度的增加而增加;物質種類、溫度、攪拌速率、顆粒大小與溶劑種類等因素也會影響溶解速率,而且溫度愈高、攪拌愈快、顆粒愈小,均會增加溶解速率。另外,以大腸膜水球或去殼雞蛋來模擬細胞或細菌在環境中,水分子的進出情形,得知無論大腸膜水球在飽和食鹽水中,或去殼雞蛋在飽和糖水中,體積均會縮小,因此推論高濃度的食鹽水或糖水,均能讓大腸膜水球、去殼雞蛋、細胞與細菌產生脫水現象。所以只要在蘿蔔與芥菜中加鹽揉搓靜置,就能幫助蘿蔔與芥菜順利達成脫水步驟;加入適量食鹽,使蘿蔔與芥菜外面的食鹽濃度明顯高於細胞內細胞質的濃度,也能抑制部份細菌繼續生長與繁殖,因此可達到儲存蘿蔔與芥菜等蔬菜之目的。

「天燈」密碼

「天燈」是我們故鄉的特產,在這次的科展中,我們針對日常生活熟悉的「天燈」進行更深入了解。我們的重點是針對「天燈」的燃燒進行深入的探究,「天燈」燃燒主要的原料是金紙和燃油,首先我們探究油紙折疊方式對燃燒的影響,有哪些燃油和燃料可以讓「天燈」起飛。接著探究金紙、燃油及燃料對於環境是否會造成污染,最後找出低汙染的燃料設計環保天燈。

水循環升降台

本研究主要是利用巴斯卡原理以及河倫噴泉的設計來研發利用水循環方式來承載重物\r 的升降平台,在不動用到額外動力的情形下,僅靠自然的物理現象來使之運作。故本研究的\r 特點在於節能並兼具實用價值的生活應用,而最後我們並依照類似的原理設計了一個自動循\r 環的水族箱過濾器,不僅驗證原理的可行度,更能突顯本研究的對於生活應用的價值。

鄒族捉牙蟲之研究

我們是阿里山鄉偏遠部落的原住民學生,這一次參加科展我們向鄒族的長輩學習「捉牙蟲」的方法,找出傳說中的「蛀牙蟲」加以觀察,並且在研究過程中我們發現雖然鄒族傳說中的「蛀牙蟲」是一個誤會,但是使用的草藥確實有治療牙齒痛的效果。不過古老的治療方法非常熱、非常辛苦,所以我們腦力激盪嘗試設計比較簡便的方法來治療牙齒痛,使鄒族「捉牙蟲」在日常生活中更方便更好用。

霧裡看花之多少

霧真的是只有美和浪漫嗎?我們試著探索霧的原貌,以揭開它美麗的面紗。經過近半年的探索和紀錄,終於發現它不純然是浪漫和優質的。臺灣的「霧」大都出現在冬、春兩季,會隨氣流四處飄移,行車不僅具高危險性,更易發生交通事故,造成重大傷亡!另外,霧對於供電系統的災害也很大;而霧所引起的大氣污染,對人體健康的危害更不容忽視。為此,我們試著找出簡便的防霧之道,以確保安全。最後選擇經濟又方便的清潔用品,發現一些可以防霧的清潔劑。其中洗衣精、洗衣粉、洗碗精等三種清潔劑,是經實驗證明可以防霧的。希望我們小小的發現,可以為生活帶來一些便利性,也可以為民眾提供另類的防霧之道。

推動快門的手

本研究研發一個可以定時按快門的小機器──推手一號。它能搭配數位相機達到長時間紀錄的效果。由於相機的拍攝位置不動,將拍到的照片在電腦上連續快速瀏覽時,會因視覺暫留原理,看起來好像是「影片」,對於紀錄微小變化有很大的幫助。同學們利用很簡單的材料和工具,搭配凸輪、調光器、馬達、齒輪組,親手打造自己的推手一號。製作期間歷經許多困難與失敗,他們一一想辦法克服、修正,終於達到原先的目標,並且實際應用它拍攝了一系列的照片。這些同學真正製作出一部成本低,卻非常實用的機器。