全國中小學科展

佳作

雙滾軸間的摩擦振盪

一次生活中的經驗促成了這一次的研究,我們探討了在不同狀況下(如:管重、管長、轉速、動摩擦係數、滾筒間的距離…。) PVC管的運動狀況。進而發現,理論與真實的差距,在真實情況,PVC管並不會是不斷在做S.H.M.,而是逐漸衰減,於是我們順水推舟,開始向PVC管的衰減率進行研究。最後,我們發現,管重、管長、轉速均不會影響PVC管的週期,與其相關的是接觸面間的動摩擦係數及滾筒間的距離。而後,再將結果與模擬進行比較,分析其差異之影響因素。

密克點與心圓的美麗邂逅

本研究是探討一般位置的n條直線(無三線共點且無平行線組),皆會產生圓共點和圓心共圓的現象。在一般位置的四條直線中,四個三角形的外接圓會共點,稱此點為密克點。 同時其圓心也會共圓,稱此圓為心圓。若再添加一條直線,則可以任意的取出四條直線,分別找出它的心圓,而這五個心圓仍然會共點,同時其圓心又會共圓。為了證明此種情況會不斷地延續下去,我們利用數學歸納法以及四點共圓的性質證出一般位置的n(n≥4)線形都會有密克點和心圓。此外,如果考慮退化的情形(共點或平行),也會同時有密克點和心圓。我們還進一步發現四面體也有相對應的密克點和心球,但五面體以上就沒有。

利用三棘鱟稚鱟鱟殼作為應用材料之評估

目前,三棘鱟已被列為瀕危物種。在美國,藥廠為了保育野外的稚鱟族群,會以商業化模式進行人工飼養和放流復育,以利生物資源的永續。本研究先以DMSO進行稚鱟鱟殼成分的萃取,再進一步探究能否將其應用於抗氧化和抑菌之可能。此外,由於鱟殼能吸附水分,且當中的螢光物質能與銅離子結合,因此,實驗也利用了鱟殼碎片做為吸附汙水中銅離子的濾材。結果顯示,稚鱟鱟殼萃取液具有良好的抗氧化特性、同時也具有抑制大腸桿菌生長的效果。此外,鱟殼也能有效地吸附硫酸銅溶液中的銅離子,並且利用金屬螯合劑(EDTA)溶液清洗後,讓鱟殼可重覆使用淨化水中銅離子。總結,應用稚鱟鱟殼做為生物材料,以人工飼養除能延續物種永續外,還能兼顧商業應用達到雙贏。

爺爺的Datuk-探討太魯閣木琴音色的變化

為了做出太魯閣木琴標準化製成的標準音,我們以Gold wave軟體分析太魯閣木琴的音色。我們測量三組木琴,外部形質的長短和粗細沒有規則的排列。敲擊同支木頭5點不同位置,頻率有顯著差異。敲擊木頭中間點能發出悅耳及穩定的樂音(頻率誤差在0.001到0.241),旁邊4點可增加樂音變化。木琴底材改為木板時,頻率會增加,且能將不穩定的音色做修飾;底材為鐵板時則沒有規則性。木頭材質不同時,音色也有所差異,鹽膚木音色較輕脆,而油桐木較低沉。將木琴架高至5.3、21、42、47、69、74公分時,有穩定的樂音。則高度在69公分(方便站著演奏)時,將木琴下方放置木板底材,聽起來會有悅耳的樂音。

彙而不費

目前工業上有許多分解有機物質的方法,傳統方法通常使用鐵離子(Fe3+)催化過氧化氫(H2O2)產生高活性自由基,並利用自由基降解污染物的方法稱為Fenton法。傳統Fenton法當中的鐵離子為液相催化劑,雖然會降解污水,但是通常會留下大量鐵污泥需待處理,造成環境污染。為了避免這個情形發生,本研究將傳統Fenton法中的液相催化劑,改利用聚丙烯酸(PAA)錯合鐵離子形成的固相催化劑,改善鐵離子會隨著降解後的污水排放缺點,並自製即時偵測儀器進行反應。實驗結果顯示,PAA在pH=3時,有較大鐵離子的吸附力,在此條件下進行反應,鐵離子不易脫附,也可減少大量鐵離子耗損,能達到避免氫氧化鐵污泥的污染二度公害,達到最高環保效益,朝向綠色化學邁進。

音箱 別有洞天

本研究自行發展了自製音箱與撥弦工具,並試圖對不同形狀的音箱、不同的音孔數和不同的音孔形狀進行操縱,最後我們獲得了16組實驗數據並進行交叉比對,同時對各種組合音箱的最大響度進行比較。結果發現最大響度順序為:正方形音箱搭配正方形單孔音孔板>長方體音箱搭配正方形雙孔音孔板>橢圓柱體音箱搭配正方形單孔音孔板>圓柱體音箱搭配正方形雙孔音孔板,由此得知:底面為矩形的音箱>底面為圓形橢圓形的音箱,且單孔效果較雙孔好,正方形音孔表現最佳。

我最出色

藉由實驗將科學知識與原住民傳統手工藝技術相結合。植物染布的歷史悠久,製作方式十分天然環保,本研究選用原住民用於染布的傳統植物「薯榔」做為染劑來研究。 本實驗發現以生豆漿為助染劑,清洗後布掉色不明顯,表示助染劑確實能幫助布料上色,而且使用溫度越高的薯榔染劑,染出的布顏色越深。再來使用媒染劑確實能使染布固色,使用不同pH值的媒染劑,布料會呈現不同顏色,例如鹼性澄清石灰水使布料近褐色、酸性醋使布料近黃色。布料浸泡染劑與媒染劑的順序以兩者分開先後使用較佳(先薯榔染劑,後媒染劑)。若染布髒了,以洗衣精當作清潔劑為佳,因為染布能維持原本色澤。最後,染布的晾乾方式以陰乾為佳,才能讓布維持原色而不易褪色。

任給n個正整數邊長可形成的三角形數及其由最少至最多數目歷程討論

在本篇文章中我們將討論任給n個正整數邊長可形成的三角形數目,以及由最少至最多數目的例子建構歷程,而討論這個問題也牽涉到在一線上建構不同的圓,利用不同的圓及圓心之間的關係來討論出例子建構歷程,也利用幾何關係證明出一些相關定理。

頂天立地的水滴-液體形變能量損耗與等效摩擦力的探討

水在鋁面之間受力外力作用時,鋁面下移及上拉畫出受力的F-x圖不一致,圖形所為面積即損失的能量。 為了解釋能量散失,建立兩種能量損失的機制(模型一及模型二),定義物理量:「等效摩擦力」及「損耗係數」討論水的特性。 調製不同黏稠度的CMC水溶液,分別測其等效摩擦力及損耗係數,以及形變時的F-t圖。驗證並解釋液體形變,液體種類的不同,能量損失情形也不同。 由液體形狀的面向,以「紙片模型」再探討。透過曲線擬合液體外形,發現液體受壓向下時,固液交界面有作用力影響液體形狀。 兩者計算出的等效摩擦力相當接近,因此可說是本實驗結果的雙重驗證。 最後以障礙張力Barrier tension表示固液界面的張力,其值與水表面張力接近,代表兩者共同影響形變外形。

偶然中有必然──怎樣才公平?

本研究發現n個人的約瑟夫問題,反覆淘汰留下來的第m個人,m=1〜lcm(n,n-1,……,k) 時,倒數第k個淘汰的編號f(n,m,k) 會循環,其循環節長度是lcm(n,n-1,……,k);又找出 f(n,m,k) 的遞迴公式,再以該公式使用 Excel 推算 n=1〜16,m=1〜lcm(n,n-1,……,2) 時,發現人數不變時,每個編號倒數第 k (k=n〜1) 個淘汰的機會都相同;據此提出並證明「約瑟夫定理」:人數n人,反覆淘汰留下來的第m個人,取 m=1〜lcm(n,n-1,……,2) 時,每個編號倒數第k個淘汰的機會都相同。