全國中小學科展

生活與應用科學科

六隻小豬的夢想屋-「三合土」灰漿探討與古建築復舊

我們的研究主要探討古建築「三合土」灰漿的施作與應用,並以實驗所得的「三合土」灰漿進行古蹟復舊。研究過程中,分別就「不同白灰配比」、「添加不同纖維材料」和「養灰」三個實驗變因進行灰漿的力學性質測試,希望由實驗過程得到灰漿的最適配比。進而針對「三合土」灰漿與現代建材-水泥的力學性質進行比較,並實際搭建古蹟建築。 研究結果顯示:(1)內層灰漿重量配比為,蚵殼灰:水:糯米漿:糖漿:麻絨絲=1:0.4:0.4:0.05:0.005。(2)外層灰漿重量配比為,石灰(養灰):糯米漿:糖漿:麻絨絲=1:0.4:0.05:0.005。(3)「三合土」灰漿在黏結力、結構強度透氣性三種建築需求上均優於水泥。(4)「三合土」灰漿可應用於古蹟建築的復舊與修復。

紅線元年

當小轎車駕駛停車之後,即會將後照鏡收起來,而當車門開啟時,無法順利觀察後方來車,因此經常發生機車躲避不及的意外情形。我們為了減少上述車禍意外發生,特別設計一套紅外線感應器警告裝置,將此感應器裝置在後方牌照上方,以提醒機車騎士注意前方有車門開啟,並提醒轎車駕駛注意後方車輛的靠近。本設計之另一特點在於節省電瓶電量。當車子熄火的情況下,感測器才會開始偵測,而感測器電源完全由超電容提供,並不會消耗車上的電瓶電量。超電容之電量可以持續作動30分鐘,當其消耗完之後,只要車輛啟動10秒鐘即可再度充滿電量,不至於因斷電而失去功用,亦不會因此而產生危險性。交通部為防止突開車門的意外發生,已明令自102年7月起汽車駕照考驗增考「兩段式開門」,由此可見本設計在防護突開車門意外之重要性。

空穴來風-無扇葉風扇之風向、風速與曲率改變之探究-

本研究探究市售之無扇葉風扇標榜相較於有扇葉風扇的風速更大且更穩定,但研究結果發現並無廣告效果。研究發現無扇葉風扇距離出風口越近並無呈現風速越大之規則,而是有位置上的差別。研究群提出Y型理論來進行解釋,意即在無扇葉風扇前方風從底下馬達吹出時,下、中兩個位置的風壓低且都吹向中間吹,但到了上的位置風壓集中在這裡,左上,右上都有強烈的氣流,但到中上時兩道氣流對撞反而使風變小了。最後,研究群試圖改變無扇葉風扇的曲率,探究其出風速的大小比較,其結果顯示6*6(出風口高度為1.2cm)的曲率設計可找到最大風速,且最大風速的出現點在0基準點上方,推測可能是出風口瞬間造成氣壓降低,使得周圍的空氣流入補充所導致。

低調也行-應用電磁感應原理探討低頻無線傳輸及無線充電之效能

無線充電是近年科技發展趨勢,其效能問題仍待提升。實驗一(線圈200匝,直徑4cm,粗細0.37mm),在不同發射頻率都可測得感應電壓及感應電流,證明可行。實驗二,發射端(線圈200匝,直徑5cm,粗細0.37mm)與高斯計距離0至5cm內,磁場強度在5000Hz出現最高點,且距離線圈2cm時最強。實驗三,方波平均功率達正弦波的5.85倍。實驗四,我們最後採用20000Hz、線圈匝數組合200:100,轉換效率15%。實驗五,利用實驗四的結果,找出線圈直徑4cm:7cm、粗細0.37mm,轉換功率達42%。實驗七,1對1與1對2的線圈組合皆可進行傳輸。實驗八,對充電電池進行五小時充電,電池電流可達到160mA。

磁懸浮

本研究探討如何讓磁鐵穩定懸浮,分別藉由光二極體與霍爾感測器偵測懸浮體位置變化,由Arduino內部計時器計時並計算懸浮體移動速度,藉由位置偏移量與移動速度來動態調整電磁鐵輸出的磁力大小。實驗中我們發現,使用光二極體來偵測懸浮體位置變化較使用霍爾感測器時訊號的穩定性較高可達穩定懸浮,但可偵測之間距較窄,僅在雷射光的直徑(約3mm)間;使用霍爾感應器時可藉由運算放大器將訊號放大,並藉由濾波法處理訊號達到穩定懸浮,其調整間距較寬可達 5mm以上;其中我們發現算術平均濾波法的雜訊抑制效果較中位數濾波法的效果更適合磁懸浮。

駕著手機 乘著光 飛向類3D的世界

本研究探討「浮空投影」相關原理,並比較浮空投影器效果之影響因素,含不同斜面角度的四角錐、相同材料製作三、四、五角錐、不同厚度的透明清玻璃與PVC片及壓克力、相同厚度的黑半透明壓克力與透明壓克力、半反射綠玻璃與透明清玻璃之投影清晰度,以及貼上同廠牌三種不同隔熱紙對強光下投影之改善情形。並針對浮空投影器媒體螢幕影響因素進行探究,含不同螢幕亮度、對比度、濾藍光量、環境照度之投影清晰度。 結果顯示1mm透明壓克力製作的45度四角錐在成本、製作與使用效果上有最佳表現,輕便投影器以市售2或2.5mm A4 PVC膠片製作較優;螢幕則以高對比、高亮度、不濾藍光、亮度高於環境等條件可以達到最佳的投影效果,最後將結果應用在虛實互動浮空投影器及類3D立體投影電話。

「沖」不「沖」有關係嗎?衛生用紙是否能投入馬桶之探討

我們蒐集家中常見衛生用紙研究,比較各種衛生用紙的差異及造成馬桶阻塞的因素,得到下列結果: 一、 各種衛生用紙外包標示都算正確、清楚,也提供許多重要訊息,消費者在購買時, 應多閱讀外包標示。 二、 拉力實驗與厚薄及結構強韌成一致性,最耐拉的紙巾類最為強韌不易分解,而吸水力以廁衛用衛生紙類最好但各類差異並不大。 三、 一般正常使用量下(6公升12抽、3公升7抽),不管是面紙類或衛生紙類都能沖走不會阻塞,但若超過就會造成阻塞,使用者在使用上也要注意不宜過多。 四、 沖後紙張樣態發現只有廁衛用衛生紙會分散為細小碎片,其餘保持原狀不易分解,所以除廁衛用紙,其餘皆不能丟入馬桶,廁所內應標示以免使用者誤投造成阻塞。

瘋持電掣―自製顯微電擊系統的輸出電量對組織細胞的影響

自製「顯微電擊系統」以改良整合不適用舊(廢)品為設計原則,由「可調高電壓電源供應器」與「光學穿透反射兩用數位顯微鏡」組成,為本研究最重要電擊測試與觀察設備。另取洋蔥、吊竹草葉下表皮細胞進行測試研析,得知:電擊組織細胞過程,破壞面積隨電擊筆尖徑愈粗而增大,但破壞深度相對變淺,破壞區域深/寬比與輸出電流密度大小呈正比;不同植物細胞對電擊耐受度不同,破壞洋蔥下表皮細胞輸出電量為385V、0.53mA、0.2W,而破壞吊竹草葉下表皮細胞僅200V、0.3mA、0.06W,估算燃燒單位厚度細胞壁所需功率約為0.03W/µm。拖曳電擊筆連續擊破細胞如同切口效果,切割路徑相對於細胞長度及其軸向角度,將直接影響其切口寬度。

「鈴」「感」發光—自製發電扯鈴

「發電扯鈴」是利用「電磁感應」來發電,其關鍵為線圈與磁鐵要有相對運動。我們在同一個扯鈴上設計「快鈴」與「慢鈴」,並使用「軸承」令其產生速度差。經過第I代到第III代的十三個實驗,我們改良扯鈴結構、製作發電線圈,終於製作出不需要裝電池,有別於市售的發光扯鈴。當「快鈴」與「慢鈴」速度差約每秒轉5.63圈時即可點亮LED。

自製創意切片機

生物課時,許多學生會因製作植物切片標本而受傷,同時也發現切出的樣本不夠薄,導致無法順利觀察;而市售的切片機價格不是所有學校都負擔的起,因此本研究以做出一個使用安全、取材容易、操作省力及價錢低廉為主的切片機,供一般的樣本切片之用為目的。我們研發了三代切片機,尤其以第三代切片機,使用創意的削片的方式來製作植物玻片標本,並使用液壓系統控制切片臺的升降;此切片機可切出厚度達 5 × 10-3 cm的切片,與市售切片機的切片厚度 5 × 10-4 cm 相差約 10 倍左右,但兩種切片機的價錢卻相差140000元,因為此切片機主體使用的材料為木台,兼顧便宜、堅固及攜帶方便的優點。而且我們的切片機不僅可以切新鮮的樣本,亦可切石蠟樣本。