全國中小學科展

佳作

甲你纜牢牢-海底電纜之穩定性及意外防治

海底深處的電纜是沒有任何保護措施的,很容易被漁船等人為因素破壞。 在本研究中,我們 設計了三條漁船可能經過的路徑,分析魚鉤破壞裸露電線的機率。而後為電線 在埋設與敷設的交界處 加裝壓克力圓管、塑膠方格隔板、白棉、管狀海綿、壓克力圓管內填矽利康等方法 做 保護,比較 不同的材料對電線 的防護程度。 透過實驗,我們發現當魚鉤與電纜線成垂直時 被勾住的機率最高 在保護措施上, 使用塑膠方格隔板 可完全避免纜線受到破壞,保護的效果最佳。

揚善止惡的「泥」~萬丹泥火山土壤性質改善研究

萬丹泥火山泥塊被當成棄土堆放,造成鄉公所及農民困擾,本研究添加廢渣及醋,來改善土壤性質,使廢土變成可耕種土壤。結果如下: 一、泥火山土壤pH值約為9.5,土壤顆粒細小、孔隙小,水不易滲透,乾燥後變成硬塊,植物無法扎根。 二、泥火山土壤添加咖啡渣和茶葉渣後,產生團粒結構,水入滲率提高。以泥渣比8:2種植紅豆,生長平均高度最高。添加蛋殼種植,紅豆均無發芽。 三、泥火山土壤加醋調配,可改善土壤酸鹼性質。以醋水比1:9搭配泥茶比7:3混合土壤,最適合紅豆生長,且添加茶葉渣紅豆生長情形比咖啡渣好。 四、羅勒以泥渣比8:2搭配醋水比0:10泥火山土壤種植,葉子枯黃率最低且葉數增生率最佳,且添加咖啡渣葉數增生率比茶葉渣高。

三線式張拉共構體穩定性研究

張拉共構體以常見的細繩使一個結構漂浮在半空中,想了解張拉共構體當中的原理。有一篇科展研究 提到三條線的張拉共構體做不出來,經實驗發現製作穩固的三線式張拉共構體方法及注意事項。 過程中,重新設計張拉共構體三次,發現上結構懸浮隱藏著槓桿原理,成功使用有彈性的繩索測量共構體繩索的張力。探討張拉共構體的懸浮特性獲得的結論:1.三線式的張拉共構體需要在上結構追加重物才能讓它穩定不翻倒。2.三線式張拉共構體的上結構有槓桿原理的特性。3.三線式張拉共構體的懸掛重物越重,越能夠承受一定程度的橫移晃動,但是第3號線將承受整個結構體的拉力及重量。4.第3號線的位置越接近第1 、2號線將使上結構可以承受比較大幅度的晃動。

基於LSTM行為與活動力之樂齡關懷系統

本研究開發RNN和LSTM長短期記憶網路的樂齡行為關懷系統,搭配樹莓派、多種無侵入式感測器和鏡頭,實現對獨居者日常活動的實時監控和情緒辨識。 將系統收集的數據儲存在SQLite資料庫中,通過LSTM長短期記憶網絡進行分析和學習,提高系統預測準確率。我們還根據各行為感應器觸發的頻率、語音關鍵字,臉部情緒辨識結果等數據,使用隨機森林演算法分析使用者的狀態,建立客製化的模型以優化系統的預測性能。此外,系統配備語音識別功能,提供求救信號發送,及負面情緒安撫等功能。 通過長期的數據收集和分析,本系統能夠觀察並預測獨居者的活動力和情緒的變化,早期發現獨居者的身心健康是否有風險。

隨「波」逐「浪」—探討波浪數列的性質

本研究探討將連續正整數1至𝑛依大小交錯排列所形成的「波浪數列」,其定義如下:除了首項與末項外,每一項皆大於或小於其相鄰兩項。我們分析在最大數為 𝑛 時,波浪數列的各種情形與其在數量上的對應關係,從中歸納出排列的規律,並推導當首項為 𝑘 時的排法總數,進而求出所有波浪數列的排法總數。

天外有天─以訓練過的自定義GPT人工智慧模型來測判太陽系外行星的天空外觀與適居性

本研究主要在探討太陽系外行星的天空外觀和適居性。除了光的散射,行星大氣層中的物質大小、密度和溫度、行星的恆星類型、溫度和光度也是影響天空外觀的因素。我們使用Python程式語言從科學資料庫中提取和轉換太陽系外行星的數據,並用GPT-4平台來創造一個人工智慧模型。透過專家訪問和科學論文閱讀,我們把所學到的知識用英文寫出描述影響天空外觀和適居性的因素以訓練這個模型。最後,結合我們輸入的太陽系外行星資料,我們訓練的自定義人工智慧模型成功預測出符合科學數據之天空外觀和適居性的描述,並製作出細節豐富的圖片。我們是第一個使用人工智慧來預測太陽系外行星的天空外觀和適居性的研究,也自創了一個新且容易的恆星光譜類型記憶口訣。

廢羽翻轉變綠金-雞毛化身為蔬果的養分

羽毛廢棄物是畜產類廢棄物中排名第二大宗,為了提高廢棄羽毛的實用價值與效益,我們利用酵母菌進行雞毛分解,發現啤酒酵母分解效果優於麵包酵母,且在有葡萄糖、空氣及光線的環境,分解效果較佳。啤酒酵母分解後的雞毛液肥,灌溉高經濟價值的彩椒及福山萵苣,彩椒果實總質量比市售肥組高出84.6%,果實中含有葡萄糖濃度為23.8%,比市售肥組多出49.7%。碘量法的抗氧化能力試驗中,發現雞毛液肥灌溉的彩椒抗氧化能力比市售肥組多出91.3 %。另外,雞毛液肥灌溉的福山萵苣的葉片總質量比市售肥組多出116.2%。可以發現,啤酒酵母分解的雞毛液肥,確實可取代市售肥料當作彩椒及福山萵苣的養分。希望藉此研究能將廢棄雞毛再利用,減少環境負擔,讓農業永續發展。

衍伸三角形之有向面積性質探究

2021年Todor Zaharinov在數學雜誌上提供了一道幾何證明題,題目為「給定任意三角形𝐴𝐵𝐶與動點𝑃,以𝑃點和三角形邊(或其延長線)上的點,構造三個旁接三角形,並使得𝐴、𝐵、𝐶點分別為其重心,再取旁接三角形的頂點構造兩個 衍伸三角形,證明衍伸三角形恆面積相同」。 我們的研究在原題構造中發現了新性質,並創新將其中的「重心」更換為其他形心構造與剖析,並關心衍伸三角形的面積關係,更探討滿足特殊條件時,動點 𝑃 在平面上的軌跡。 值得一提的是,當以三頂點為旁接三角形的「垂心」時,滿足衍伸三角形的有向面積的和與差為0的𝑃點,其軌跡構成外接圓及著名的Kiepert雙曲線,這是一大亮點。

現代鬼動風水儀-利用壓電效應偵測並分析風場訊號之研究

看過震動型風力發電機與鬼動草現象後,便思考是否能結合兩者製作出一台「現代鬼動風水儀」? 風經障礙物會因康達效應改變風場,本研究利用壓電效應偵測風在震動裝置後端產生的卡門渦街,藉由分析電訊號偵測不同障礙物所產生的風場。自定義葉片的等效邊長,發現電壓約和等效邊長、平方風速成正比;另外,不同迎風角度、擺設狹縫或遮住半邊葉片都會使pp板產生小波,牛奶瓶紙則是可以建立迎風角度的預測模型。狹縫的電壓放大倍率可用三次函數擬合。遮住半邊葉片時牛奶瓶紙會產生共振放大效應(鬼動現象),而擺設圓柱則會使電壓增強,並且能建立電壓預測模型。 本研究成果可用來製作分析微小風場變化之大數據收集裝置,提供訓練AI及建立新的應用方向。

水花消失術

本研究探討跳水過程中不同因素對氣泡與水花產生的影響,並分析如何透過改變跳水姿勢來減少水花量。結果顯示,球體直徑與撞擊速度增加皆會顯著提升水花高度與氣泡空腔大小。水平速度會改變水花傾斜角度並減少高度,使氣泡空腔偏移。柱體形狀與錐度比對水花影響顯著,圓柱體產生穩定現象,尖頂柱體則集中撞擊能量,產生更高更細的水花。手部姿勢與面積大小顯示手掌外翻放平與小面積能有效減少水花與氣泡空腔,達到最小水花效果。最後,水花消失術是跳水前擦乾身體,入水前身體筆直頭向下、雙手向水面伸直,手掌外翻抓手放平,入水後,將空氣帶入水底,減少氣泡空腔造成的沃辛頓射流現象,以水底產生氣泡浮出水面取代水花,進一步降低水花產生。