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生活與應用科學科

日光建影-日照與建物陰影遮蔽模型程式設計研究

土地有限,建築物不斷向上發展,如果沒有適當的規劃就興樓建厝,會造成日照分配不均更造成居家安全疑慮及能源使用的浪費。為了解決這個困境,我們想建立一套能準確、快速且能自動描繪建築物間影子遮蔽情形的程式,以達成智慧建築「節能永續」及「便利舒適」的目標。 我們用自製建物模型、方位盤、模擬太陽的平行光源,探討不同情況下建築物間影子相互影響的關係。我們發現建築物的影子會隨地理位置、建築物尺寸而有規律的變化。因此我們利用三角函數精確地找出影子的高度=Hb-∆x*tan(θ)/sin(ϕ)、寬度=Pmax-Pmin。 最後,我們利用Microsoft Excel軟體,建立成一份能夠快速且能視覺化自動描繪建築物影子遮蔽情況的程式-「日照與建物陰影遮蔽模型程式」,希望未來能提供給需要的大眾使用。

可變電阻在角度、高度、面積、體積之測量與應用

首先利用3C常用之手機十字對焦原理,呈現待測物體之定位點,然後再轉動本科展之三維角度量測儀的齒輪模組裝置,將水平、傾斜、垂直三維角度藉由線性可變電阻的線性基本原理精確地量測出來,實驗結果顯示出此件作品,已可應用在生活上之已知與未知角度的量測,並且利用三角函數之關係達成面積、體積的計算。此儀器成功地控制在工程誤差5%以內,已達成生活應用面之最大實用價值,比美市售精密光學量測儀。

紙上談「繩」

環保署在近年來大力推行禁用塑膠袋的政策,取而代之的當然是環保又隨手可得的紙袋了。而紙袋的種類與製作方式千奇百怪。本研究的目的在於紙袋上的手提紙繩部分,影響紙袋的真正負重能力。因此就學校中隨處可見的各種不同紙類,設計實驗加以研究紙類的負重能力,以及紙繩的編制方法。我們發現,當紙繩越長、紙繩越寬,紙繩材質越緊密,以及紙繩越厚,編制方法越簡單,所能負荷的重量就越重,有些甚至超乎我們所能想像的範圍。若是能在紙袋上多所著墨,相信能夠造出超級紙袋。

風力罩得住酷旋發電機

本研究共設計十二個實驗,探討垂直型風力發電機如何將各方吹來的風充分利用,首先設計能減少風力扇葉轉軸轉動摩擦力的軸承,接著製作導流罩以收集所有吹進來的風並提高 磁動生電的轉換效率。我們製作的風力發電機將來自四面八方的自然風有效利用,具積少成 多的集風特性,輸出電壓可達30V以上,並能針對鋰電池充電,發揮以時間換取空間的特殊 功能,且因為體積小,非常適合於臺灣地狹人稠而且風力不強的環境。我們將自製的發電機實際應用在學校走廊、樓梯間以及樓頂進行發電,可以提供夜間照明,達到自給自足的綠色能源目標。

噪音大追擊

記得三年級時,我們班的教室位於震善堂附近。每當廟會開始,我們就被廟會所舉辦的誦經活動吵得無法專心上課,此時,我們談話都必須提高聲量才可聽到對方的說話聲,一天下來每人的聲音都啞了,而且同學的脾氣似乎變大了,心情變得很急躁。但是當廟會結束時這些情形就不見了。 \r 現在我們升上四年級換一間教室,許多衝動的行為都不再發生!因此;我懷疑我們的脾氣與急躁和聲音的大小有關,我和幾位同學討論這種情形,有人說:「會影響」;但也有人說:「一點也不影響,再吵我也能保持愉快的心情」。 \r 我們討論一直得不出結果,於是我們就請教老師。老師聽了就鼓勵我們做研究調查,於是我們組成「噪音追擊小組」,並請老師指導我們做這項實驗。 \r

揭開原住民傳統毒魚術的神秘面紗

「毒魚」是原住民傳統的捕魚方法之一,但是我們這一代的小孩對毒魚已經是一無所知,這一次我們以一種認識族人傳統漁獵文化的態度,用國小學到的科學方法對「毒魚藤毒魚」的相關問題一一探究。經過研究之後,我們認識了魚藤的特性,發現各種「解毒的方法」其實是溪水自然稀釋的作用,但是也了解過去許多原住民部落在毒魚時,他們只取生活所需,不隨便殘害魚蝦,解毒是他們對水中生命的珍惜以及尊重他人財物的表現。毒魚在過去原住民部落都是一種集體的行動,整個過程有長老的召集、倫理性的分工、技術的傳承、虔敬的祝禱、公平的分享漁獲等等,雖然我們已經遠離了那一個毒魚的年代,但是透過我們對這項漁獵文化的親身研究,在內心中我們也分享了過去原住民部落特有的豐收與喜樂。

防風雨傘

在強風中使用雨傘,很容易因風壓造成雨傘翻覆損毀,本創作之目的為研發一種新型的雨傘來改善這個問題,我們在雨傘上裝一些導流板形成氣動面,讓風壓的作用力有其他方向的分向量,藉以降低損毀雨傘的作用力,另外雨傘旋轉所產生的角動量,會形成陀螺效應,使雨傘具有水平穩定的慣性,讓傘面不易翻轉,我們也製作了新型的雨傘的樣品與傳統雨傘相比較,大約可提升28%的抗風能力,可使雨傘在風中更穩定也更安全。

利用簡易電路測量手臂穩定性

利用測試棒和金屬軌道瞬間短路,透過電容器提供的穩定電壓來增加測試的靈敏度,並且利用二極燈泡和蜂鳴器並聯取代火焰大考驗的瞬間放電的危險性來充當警告燈號與聲音,就可以結合成一套有趣的測試儀器。每週平均運動時數較多及接尺所需的反應時間較少者,其測試時,移動的速率會比較快。但是反應時間和每週平均運動時數兩者間並沒有絕對的關係。若以血型而言,A 型血液測試者在直線穩定度的測試一關通過率較高,AB 型者在通過率不管是直線或複雜型軌道的測試通過率不像其他血型者差異性那麼大。自己製作一套測試儀器不僅可以紓解壓力,也可了解自己手臂的穩定度。

風去橫生-無葉片電風扇的製作與研究

本研究透過自製無葉片電風扇,了解其構造及原理,並透過改變其基本構造來了解影響其風力大小的因素,而在通過實驗及觀察後發現下列幾點: 一、本研究從實驗中推論無葉片電風扇壓縮的出風口應有一定的距離限制,來確保風可以被最大限度壓縮而放出。 二、無葉片電風扇在從加壓出風口將風送出的時候,無葉片電風扇的中心位置是幾乎沒有風的,而風速最大是在位於離開出風口處一段距離的地方(約4公分)。 三、從實驗可以推論無葉片電風扇的主體材質不同,會影響其風力表現及其所發出的聲音,而實驗中以塑膠為主體的無葉片電風扇表現較紙類為主體的為佳。 四、本研究所製出的無葉片電風扇在風量達到最大平均值時,經過計算已達到氣流倍增的效果。

光之黑影吸引力—具牛頓光環的LED集魚燈

本研究利用折射與凸透鏡原理,以電腦繪製牛頓環透鏡所需之尺寸,訂做Lens I及Lens II兩組透鏡,整合LED光源,完成具牛頓光環的LED集魚燈具。其中Lens I由內而外為暗環、亮環、暗環、亮環之光型;Lens II則反之。本實驗目的是:為瞭解魚群對水下光線的行為模式,故設計三種實驗(光線明度、特殊光型、顏色敏感度),以觀察魚類在水下對光型的反應行為與習性,繼而提出以特殊光型設計LED集魚燈以取代傳統燈具之建議,以達到節能減碳之目的。本研究發現,當魚群習慣環境中同一強度的光刺激後,便會逐漸的離開強光區,並在明、暗交界處逗留及徘徊,因此,可藉由具牛頓光環之LED集魚燈具,在海下營造出明、暗相間之光型,實現光之黑影吸引力,取代傳統高耗能的集魚燈。