全國中小學科展

生活與應用科學科

電腦網路模型相變化之研究

近年來,電腦網路模型的研究,越來越熱門。我們設計一個簡單的網路模型,利用特殊的傳送法則,進行傳遞網路封包的工作,傳遞的過程,我們發現封包的生命期與封包產生的機率λ兩者之間的關係具有物理的相變化的性質,也和當今網路塞車的情形頗為類似。我們除了研究Toru[1]所提出的模型:一個二維的晶格模型,四周為能產生網路封包的節點,中心為路由器。除此之外,我們也設法令模型中節點與路由器的比例為1:1,證明了隨著模型邊長的增加,相變化的情形就越早發生。藉由這兩個模型,我們發現網路塞車的情形、相變化發生的快慢,關鍵在於節點的個數,以及它在網路模型中的位置。

窮則「便」 「便」則通 小小創客 自製樂高手機光譜儀及Arduino RGB LED 光度計

為了解決妹妹在科展中,無法精確測定蝶豆花液濃度和抗氧化力的問題,因此想自製手機光譜儀及光度計。在製作簡易光譜儀的過程中,發現影響光譜清晰度的變因,因此設計實驗進行探究,經過三次改良後,製成設有試樣槽及手機支架的樂高手機光譜儀,能清楚拍攝到汞黃色雙線,且測出的蝶豆花吸收光譜波峰的位置,和國外研究報告相近。接著利用RGB LED、Arduino板、OP放大器、樂高積木等材料,製成具有加蓋試樣槽的SMD RGB LED光度計,並利用圖像積木化的S4A程式,編寫內建波長換算RGB值公式的自動化控制介面,可自動測出最大吸收波長,測出的結果也和國外報告相近,進而編寫檢量線公式的自動化控制介面,可自動測出待測蝶豆花液濃度,測出的結果誤差值約1-5%。

紙盒也能玩Wii- 以Wii Balance Board分析紙盒受重過程

我們用VB編寫一套程式,將Wii Balance Board、攝影機整合成可以即時量測重量、重心變化及影像的測量系統(以下稱為WBMS)。此系統可精準測量紙盒受的重量,精準度高達99.85%。在增加紙盒支撐的實驗中,WBMS記錄的數位化資料分析發現:結構與邊框的交點最能有效的增加紙盒的承重,而且將結構有效的分配,所以位於邊框的V型支撐能圍出一個最大的有效支撐區,使紙盒承重增加。傳統單擺實驗在擺角為5度及40度的實驗誤差為0.41%及4.97%,以WBMS測量則誤差降為0.26%及0.18%,有效幫助實驗進行。在Y擺實驗中,WBMS具完美且精準的將Y擺的李沙育圖形分解出兩方向的單擺運動的功能,可運用在判斷及預測紙盒受壓力崩垮的原因及時機,可進一步發展有效的支撐回饋系統及雲端監測。

聽蛤蜊在唱歌-蛤笛樂器之研發

本研究以廢棄蛤殼研發四種蛤笛,第一種熱熔膠吹口蛤笛、第二種蛤殼面鑽洞蛤笛、第三種吸管蛤笛、第四種是氣切片蛤笛;發聲原理是往薄片吹氣可產生邊稜音,隨後與蛤殼腔體共鳴而發出聲音,再利用指孔洞產生不同音調。其中以第四種氣切片蛤笛利用熱熔膠、塑膠薄片及透明膠帶就能自製5種以上音調的蛤笛。研究結果發現,指孔洞總面積越高則音頻越高;蛤殼容積越小則音頻越高;氣切口面積越小則音頻越低;氣切片材質越厚或層數越多則彈性越差,音頻會越低;吹氣量越強則音頻越高;指孔洞位置與音頻無關;氣切片黏貼位置因手握蛤殼手勢之故,建議貼在蛤殼長側邊的位置。本作品已申請專利,製成商品義賣,製作方法及吹奏歌曲有上傳影片提供大家參考使用。

以水筒模式建立水資源管理預測系統

本研究提出以筒狀模式,計算台灣中部2006至2009年間29場崩塌地及17場土石流案例。實驗分析以第(一)(二)(三)筒水深及土壤雨量指數(SRI),及水土保持局土石流累積雨量警戒基準值之方法涵蓋案例百分比計算警戒基準值。研究顯示土石流RTI1及RTI2值較崩塌地高80%及25%,此與土石流發生需有大量降雨有關,而崩塌地RTI1值偏低,RTI2、RTI3及RTI4值則較土石流案例接近,乃因崩塌地發生於土層含水量達一定程度時,將由涵蓋90%案例RTI值顯示,RTI2及RTI3仍合理,RTI1及RTI4則低於200,該兩項對於災害警戒應用性較低,後續依涵蓋案例90%、50%、30%、10%。

鋁箔燒烤知多少?

一則『鋁箔包加味燒小心鋁中毒』新聞,激起我們想更加瞭解鋁、鋁箔紙性質;首先(1)應用課本學過的方法做實驗、觀察、並比較出鐵和鋁性質差異,進一步瞭解鋁箔性質(2)我們改良多種方法,才驗證出鋁箔皺摺和光澤,會影響傳熱和保溫,其中傳熱實驗我們以鋁箔直接包冰塊加熱,測融化水量的方法,最容易測出結果;我們再利用此包冰塊方法輕易驗證出(3)鋁箔包內含空氣食物烤熟的較慢,並驗證出(4)食物包在鋁箔內,切割後燒烤較容易熟;最後(5)我們用鋁罐、鋁箔自製成的容器,裝各種調味料溶液,加熱燒烤觀察,發現鋁在酸性甚至在鹼性溶液中,很容易生鏽,而含糖類調味料最容易燒焦;由以上各實驗我們結論出,一些食物包著鋁箔燒烤較正確安全的方法。

垃圾變黃金--大王椰子樹的風華再現

在利用植物纖維製成手抄紙的過程中,我們做了幾個簡單的變化,增減輔助劑的量時發現,添加輔助劑可以改變紙張的觸感跟外觀,也同樣可以增加紙張的韌性,但過多的輔助劑並不會增加紙張的韌性;製程中纖維的長短也會影響紙張的外觀與韌性,長纖維所製出的紙張較粗操及有韌性,反之,短纖維的紙張則較為柔細與易斷;添加合成紙可以使手抄紙張變得堅硬有韌性;若纖維浸泡過漂白水所形成的抄紙外觀與手感與韌性均有改變,浸泡時間愈長,對上述的影響也愈大。

“廢盡新機”-機車排氣汙染改善技術研發

運用自製機車廢氣過濾器來檢測減碳及降低高溫廢氣的效果,所監控的項目包括水溫、酸鹼值、碳酸鈣沈澱物含量的變化及氣體流量監控。最後,再佐以機車定檢儀器測量來驗證實驗結果。一般材質以陶瓷纖維棉搭配硅藻土板的效果最好。實驗結果:溫度降低了21.5°C;pH值提升1.34;碳酸鈣沉澱物減少197mg。經由機車定檢儀器測定30秒後:CO2的排放量由11.76%降至9.50%。回收物質以陶瓷纖維棉搭配蛋殼粉末的效果最好。實驗結果:溫度降低了14°C;pH值提升1.25;碳酸鈣沉澱物減少161mg。經由機車定檢儀器測定30秒後:CO2的排放量由11.76%降至7.93%。

健康的神奇寶貝—為體內做深層SPA

吃營養午餐後,喝優酪乳時突然發現,為什麼喝起來的味道是酸酸的,這使我們想起自然課曾做過生活中「酸與鹼」的實驗,且瓶上包裝印著每c.c. 含有一億個「活菌」,更讓我們對優酪乳中「活菌」充滿好奇,於是,我們便開始著手收集資料並歸納、實驗,展開與優酪乳的第一類接觸。

拼乾淨e 起來

抹布在家庭廚房中扮演著重要角色,幾乎每天都會用到,甚至接觸到我們吃東西的手和吃飯的碗盤、餐桌,而抹布的種類也很多,每種都具有不同的產品特色,以吸引家庭主婦去購買。傳統一般抹布無法將油污清理乾淨,必須配合清潔劑使用,甚至擦完油污還需用大量清潔劑去清洗抹布,相當不環保,於是市面上開始出現一些強調去污力強,好擦好洗,免用清潔劑的『魔布』產品,由於價格高於一般抹布1-3 倍,因此我們想要探討各種品牌的抹布在家庭主婦所需求的吸水性佳、去油污力強、不留棉絮及水痕、不易滋生細菌等特點,各方面是否如產品包裝上所標榜的那麼好用。依照我們選擇的五種抹布進行各項研究結果發現:一、傳統抹布材質是棉布或嫘縈棉,但目前市面上出現的新產品大多是強調超細纖維或開纖纖維,只有一般棉纖維的十分之一。二、纖維愈細吸水性愈佳,去油污能力愈強,以抗菌抹布吸水性最佳,3M 魔布去油污能力最強。三、纖維愈緊密愈不易掉棉絮,也較不易留下水痕,以抗菌抹布最不易掉棉絮也最不易留下水痕。四、抹布沾到污漬應立刻清洗,否則污漬卡在纖維上就不易清洗乾淨,小熊抹布纖維織成的表面積較大,污漬卡在上面非常明顯。五、抹布要洗淨晾乾才不易滋生微生物,3M 魔布較不易滋生微生物,而抗菌抹布加了抗菌劑更不易滋生微生物。六、抹布的選擇依據不是價格或強打的廣告商品,而是依據用途選擇抹布,做家事才會更有效率。