全國中小學科展

生活與應用科學科

「碳」為觀止----碳纖維的運用與展望

本研究以充分利用國中所學的力學與力學在營建科技的應用,使用碳纖維絲、棒等的材料,模擬碳纖維包裹而成的樑板柱體,來對有關碳纖維作用力運用於日常生活的產品的研究。經由參考課本及一些論文文獻等知道碳纖維有質輕、剛性強等特性,由於在歷屆科展中並無對此主題有相關之探討,因此經過本組在實驗中發現問題與討論後,我們得到下列結論:藉由材料因荷重變形的現象,來比較碳纖維在不同產品中的應用,確實呈現其重量輕且又剛性強的特性。並且將碳纖維運用於不同建物,如橋樑等亦然。發現在考慮其所使用的位置與時機的環境與產品的特性時,當選對地方與使用時機,碳纖維才能發揮比其他材料更輕但剛性更強的優點。

Wii遙控器的異想天開

感謝Brian Peek所提供的WiimoteLib.dll程式庫與範例程式[5],我們將程式改寫,用來進行以Wii遙控器輔助的物體運動實驗,經由實際的測試,程式可以即時地顯示出運動物體的軌跡、位移-時間圖及速度-時間圖,相較於一般的實驗儀器,在便利性與準確度方面有很大的改善。

雙磁阻逃生〝升降〞梯

從磁煞車現象觀察發現,原來磁鐵能吸引的金屬物質並不是全部,且磁鐵對於不能吸引的銅、鋁、銀等金屬,在運動的情況下(磁場產生變化),會產生渦電流。這現象會有熱能及煞車情況發生,因此我們想從比較簡單的煞車磁現象出發,研究有沒有更貼近生活物理的工具或設備去設計一個可行的研究。本次的研究我們利用自製鋁軌逃生梯,以類似電梯垂直升降的方式,在不需要電源動力的情況下,探討配置不同數目磁鐵的壓克力逃生乘坐箱其末端加速度和終端速度的大小。進而探討配置最佳磁鐵數量下乘載不同的重量所產生的終端速度。並嘗試以阿特伍德機雙磁阻的設計,建立一個適合運用於現實生活裡的逃生梯設備。

留住你有何用-DIY 太陽能熱水器

五下康軒版第三單元,熱的傳播與保溫提到,熱是可以藉由不同的材質加以傳播和保溫,於是激起我們想利用大自然的熱源,使水溫不斷上升以節約能源的使用,結果發現透過傳熱速度較快的金屬物質,加熱再利用較佳的保溫素材,的確可以將太陽的熱保留住。

鞋 底 的 祕 密

上體育課時,無意間發現我和同學差不多時間換的新鞋一段時間後,他的鞋子破損嚴重,而我的鞋子卻只有輕微磨損,這到底是什麼原因呢?又在800公尺體適能測驗後,又有同學頻頻喊腳好痛,而我卻只是喘氣,這又是什麼原因呢?難道是他的腳和我的腳是不一樣的嗎?這個問題一直放在我心裡覺得納悶。有一天剛好打開電視機,眼前出現了某鞋子品牌的廣告畫面,搭配上精彩絕倫的廣告詞,「穿上××核心氣墊鞋,每天就能幫雙腳減少30頭大象的重擔與壓力!」真的好神奇喔!後來仔細想想,真的有效果嗎?「廣告」真的可以相信嗎?該不會是賣瓜說瓜甜吧!真的每一雙鞋都適合每一個人的腳嗎?有太多的疑問,於是,興起了我一探腳底秘密的想法。剛好四上健體課正進行到運動有益健康的單元,內容談到走、跑、跳的動作<如附件一>,我把想法告訴了老師,在老師的指導下,我們便進行了一連串的研究。

會騙人的雨量器

土石流是一項可怕的雨水災害,對新竹地區而言更是可怕的夢靨,由去年研究的經驗,\r 今年我們針對雨量器的外在因素、風修正及土石流預警器可行性,作進一步的實驗。\r 研究結果:(1)最小臨界雨量器開口面積約為200 cm2。(2)最小臨界雨量器高度約為\r 25cm。(3)雨量器選擇圓形開口,會有較佳的效果。(4) 風越大降雨傾角越大,風速每增加\r 1m/s,降雨傾斜角度會增加0.7 度。 (5) 數值修正法中的雨量修正係數M,對雨量修正有很\r 好的效果。(6) 儀器改進法(風擺式雨量器),修正風所產生誤差效果不錯。(7)虹吸型及直落型\r 的風擺式雨量器,結合水位警報系統,所構成的土石流預警器效果理想,可行性非常高。\r 最後發現,查閱相關資料有驚人的發現,全世界的國際標準雨量器都是固定式的,這是\r 很嚴重的問題,因為通常颱風天風大雨大,所收集的雨水小於實際落下的雨水,可能還沒發\r 佈土石流警報,就發生土石流了,所以希望有關單位重視這個問題,或者可參考本小組研究,\r 也許有所幫助。

太陽把都市變涼了!太陽能煙囪排熱裝置

本研究在製作一個太陽能裝置,該裝置能直接轉換太陽能成為使建築物冬暖夏涼的能源,再以科學方法探討該裝置的實際效能與可行性。 本研究裝置為煙囪結構,利用暖室效應來充分轉換太陽能,使其在煙囪內部產生高熱,在煙囪內造成一股氣流,該氣流經由裝置導引,可冷卻建築的外牆,因而可使室內溫度下降。 本研究裝置在夏天能降低室內溫度,亦能大幅改善空調效能,在冬天關閉第一層與第三層的通風口,本研究裝置會形成暖室結構,使室內溫度上升,故本研究裝置確實可在不消耗能源的情況下使建築物達成冬暖夏涼的目標,在不必損失生活的舒適度下做到節能減碳,如此可降低推廣節能減碳的阻力,若能大力推廣必能大量減少電力的使用,是否建核四便不是問題。

渦流+小翼=?

本研究主要是探討翼端小翼對飛機飛行的影響,翼端小翼在現在不少的飛機上都有這種設計,假設小翼可以阻止飛機機翼末端的氣流上旋,進而增加升力與推力,讓飛機能提高飛行時的效率,為了驗證這個假設,因此製作了簡易風洞對小翼的升力進行定性和定量的探討。本研究首先由平板機翼與克拉克 y型翼在相同攻角、展翼面積不同下各所產的升力差異,進一步藉其升力的差異情形,探討其差翼原因,接著就其差異原因設計小翼以使克拉克 y 型翼的升力提高,最後則探討翼端小翼的形狀與升力的關係,藉以歸納出那一種形狀的小翼是較佳提高升力的小翼。本研究乃在自製的風洞下進行實測實驗研究,實測所得數據並繪以折線圖進行研究比對,最後驗證所得的結論頗具參考價值。

生龍活現

青山常在、綠水長流,是我們最嚮往的環境。當校園水池重新開挖後,我們就想要讓水池重現生機,是要做生態水池,或美觀實用的水池呢?於是我們一邊做觀音鄉水生動植物的調查,一邊用壓克力筒模擬水池,嘗試養一些魚類與水草及如何換水排水的實驗,之後做能否改善水池漏水的狀況的糯米黏著劑實驗。也做各種水的涵氧量、溫度、pH值、微生物與優養化的關係實驗。最後參考這些實驗的數據及一些相關資料,我們決定不要侷限於生態水池,而是寓教於樂、怡情益智又美觀實用的水池,但也不失於富有生態保育的觀念。不僅可以做為我們的觀察學習園地,也是舒緩身心的好所在。

給未來一個呼吸空間─遠距動畫式二氧化碳與煙霧警報器

本研究探討自製溫室煙霧模型箱中,觀察不同濃度二氧化碳以及煙霧量與溫度之關係,透過S4A軟體所顯示的電壓值,配合感測元件測得在不同氣體濃度中的輸出電壓,製作動畫式二氧化碳與煙霧警報器進行遠端監控,並結合手機應用程式達成即時監測的目的。透過實驗,我們獲得以下結果: 1. 當二氧化碳濃度升高時,模型箱內的溫度會隨之升高,此時二氧化碳偵測元件(MG811)電壓值則會出現下降情形。 2. 當煙霧濃度增加,煙霧偵測元件的電壓值會上升,且在加溫過程中,其溫度上升較無煙霧更明顯快速。 3. 透過電腦軟體S4A將實驗過程數位化、動畫化與遠距化。 4. 將研究結果連結手機應用程式,透過藍芽傳至手機,使偵測數值以動畫式呈現於手機,並能夠進行遠距即時偵測。