生活與應用科學科

我們想透過實驗研究，尋找如何將此飛行器飛得更遠、更穩，並找出它的黃金比例後，能將此富有科學探索精神的遊戲加以推廣，讓每位兒童都有歡笑童年。根據本次研究結果，飛行器之黃金比例為：※紙環周長：大的為16cm，小紙環為10cm。※紙環寬度：5cm。※吸管的長度：20cm。※紙張材質：以200 磅的西卡紙最佳，但以一般的影印廢紙即能有不錯的效果，因此不需另外花錢購買紙張。※發射的力道：越用力效果越好。※發射的角度：以20 度為最好。本次實驗過程中遇到三個主要的瓶頸。首先是飛行器製做過程兩紙環跟吸管間無法牢固以往是用膠水跟膠帶，後來不斷試驗才克服這個問題。第二是發射器製做，以往用手發射無法克服定量問題後來嘗試用橡皮筋、彈弓都無良好效果，最後才製造出效果不錯的發射器。第三是發射角度問題，拿在手中誤差大後來改用桌面、譜架都遇到困難最後改用鐵椅才克服問題完成實驗。

我們以咖啡渣、指甲花粉等材料自製天然染髮劑，比較市售化學染劑的顏色持久度、酸鹼度及對生物產生的影響，希望能找出天然染劑在生活上的應用。

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。

蛋白質塑膠由牛奶中酪蛋白製成，當牛奶達等電點時，酪蛋白會被析出。酪蛋白塊乾燥後性質類似塑膠，稱作蛋白質塑膠。本研究探討牛奶塑膠製成3D列印材料的可行性。實驗發現牛奶與酸的比例以10:1最合適，增加樹脂可提升牛奶塑膠硬度。牛奶塑膠在氨水中雖會部分溶解，但會在表層產生防水薄膜。我們嘗試以牛奶塑膠代替PLA進行3D列印，發現不需加熱即可進行3D列印，比使用市面原料更環保、省電。為了解決牛奶塑膠易發霉的缺點，我們研究發現噴灑75%酒精最能達到防腐效果。最後，運用先前實驗結果再進行綜合比較與實驗，得到最佳加工流程：首先將牛奶塑膠噴灑酒精消毒後混合樹脂，再浸入氨水，可製作較防水、防腐之牛奶塑膠。

最近同學間流行的開心炮，常造成校園內的垃圾問題，但也引起我們進一步去探討這兩種玩具的奧秘，及試著提出替代用品來解決學校的環境問題。首先，我們發現開心炮的內含物是由鹼性的白色粉末和一包酸性的透明液體所組成，藉由這二種物質的酸鹼中和交互作用來產生大量氣體，撐破袋子；其次，我們也發現小蘇打、檸檬酸和水混合後的自製替代物，比開心炮產生更好的效果；接著我們繼續探討影響自製替代物產生氣體之反應速度與反應威力的因素，我們發現水量、水溫、混合物比例都會影響氣體的反應速度與反應威力；最後，我們以自製替代物作為原料，製造許多有趣玩具，例如：自製開心炮、筆火箭與注射筒大砲等，並測試這些玩具的反應速度和反應威力。

本次科展的題目是鋁-空氣電池的探討研究製作，探討如何以生活中易取得之材料做出具有一般一次性電池之效能的鋁電池。在實驗的過程中延伸出探討孔隙度並附加孔隙度實驗，觀測卡片掀起之角度比較各種隔離膜材料孔隙度透氣性之大小及各種隔離膜在不同電解質溶液、濃度中的表現。

目前市面上最夯的產品莫過於蘋果公司的iPad或iPhone了，使用者用手指去觸控著螢幕，而這動作似乎漸漸成為一種風潮，成為一種流行又時尚的肢體動作。然而，如何在螢幕上書寫或繪圖呢？只能用手指？好看嗎？蘋果公司公司並沒有隨附觸控筆。所以，我們特別用了一些家中常見的材料去自製價廉且實用的觸控筆，而且，由於材料的取得方便，一般人也可製作，如此就可大大提升iPad等這類平板電腦的功能了。另外，iPad螢幕為電容式觸控螢幕，其原理就是表面電流的流出(流入)，所以我們也利用有類似原理的電漿球來模擬iPad螢幕，從中找到共同點，並從其中電子軌跡的變化看見了觸控，甚至以電漿球代替iPad進行實驗，延伸了此實驗的廣度，也為實驗增添一些意料之外的趣味性。

\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

本研究旨在探討影響旋轉燈籠旋轉速率的因素。研究過程是將一具有棉線、扇面的上紙杯與另一具有氣孔、蠟燭的下紙杯相結合，將蠟燭點燃，拉起棉線，利用對流作用，使兩紙杯共同旋轉，形成一個旋轉燈籠。我們分別以扇面、氣孔、蠟燭、棉線四項變因來規劃實驗設計，除探討各單項變因如何影響旋轉圈數外，更對各變因間彼此的交互作用作更深入的討論。結果發現，當扇面面積越小、角度越小、數目越多、蠟燭越長、燭芯越長、棉線越長、氣孔越多時，都會旋轉得越快。而各因素彼此交互作用下，仍遵守單因素之結果。最後得到旋轉燈籠的黃金比例：扇面長度 1.0 cm、寬度 0.3 cm、角度 10 度、數量 14 個；蠟燭長度 6.0cm、燭芯長度 3.0 cm；棉線長度 50 cm；氣孔數量 8 個。

本科展作品，可說是將科學知識應用在探討飛行的一項研究。在活動研究過程中，我們不但對飛機的浮升能力產生興趣，除了能飛之外，並訂定一個目標，希望能將飛機的飛行距離，藉由適當的浮力（柏努力）設計，達到飛行更遠。為達到這個目的，我們在許多次的資料收集與實驗討論中，決定從（一）風的來源、風洞的製作、倒流板（穩定風的方向）、風洞的觀察等著手研究；（二）機翼的柏努力曲線：曲線高度、最高點位置、寬度、長度一直發展出最佳的機翼曲線。在實驗過程中，我們發現，飛機本身就是一個複雜的科學問題，因此我們除了考量上述因素（風洞、穩定風向、機翼曲線）之外，也將飛機的重心、升力中心為實驗操控變因，併入實驗來討論，最後整理出我們的數據與結論。這個作品不僅探討飛機浮升能力的各種變因，也希望能提供給對飛行問題及相關討論有興趣的朋友們一點小小的助益和參考。我們未來也將秉持著飛行的精神，永不退縮，繼續對相關問題做討與研究。