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第三名

「峰」芒「幣」露:從聲波判斷真、仿幣

近年來,仿幣氾濫的問題引發廣泛討論,日常生活中我們也曾經收過仿幣。本實驗利用真、仿幣的物理性質及聲音的波形來比較它們的差異,希望可以找出分辨真、仿幣的方法。我們測量了真、仿幣的體積、重量及密度,並且利用專業錄音室的電容式麥克風及音頻分析軟體來收集不同的真、仿幣敲擊相同金屬物體所產生的聲波波形。實驗結果發現: 一、物理性質:仿幣與真幣相比,直徑相似、厚度不一、重量較輕、密度有顯著差異。 二、聲波測試:在8.5K(Hz)以上頻率,真幣具有相似的波形與峰值區間、仿幣峰值區間比同幣值真幣低。 三、聲波比其他物理性質更能鑑別真幣和仿幣。

茉拭傳說-探討茉草對桌球上環境菌的抑菌效果

本實驗以桌球表面10個環境菌為實驗對象,用16種植物上清液和三種植物純露檢視抑菌效果,初步結果發現茉草、迷迭香、蘆薈的上清液對桌球表面環境菌抑菌效果較佳,進一步萃取純露進行實驗後,發現茉草抑菌效果較好。將茉草以不同萃取方式(上清液、原液、純露)、不同處理方式(擦拭、噴灑)、不同比例(1:5、1:10、1:20)施作在桌球上,結果顯示以1:10茉草上清液擦拭對桌球表面的抑菌效果較佳;以1:20新鮮茉草純露擦拭對桌球表面的抑菌效果較佳。本實驗發現天然植物具有抑菌效果,茉草是生活中常見植物,栽種及取得容易,而且符合環保原則,建議未來可用更專業的萃取方式,提高其抑菌效果。

萬丹火山泥取代氧化鐵在釉藥上的研究與應用

不定時噴發的火山泥是屏東萬丹知名地景,但對於農民來說,這些在他們土地上所噴發出來的火山泥卻是影響作物收成跟汙染環境的一大問題。大量泥漿很難清理,只能做為廢棄物被清理堆積。自然界的土壤中富含各種金屬氧化物,本篇研究推測萬丹的火山泥中含有較多鐵的成分,透過將萬丹火山泥的粉末溶入釉中做為發色劑的實驗,以窯燒後的成色與參考資料做比較,來驗證這樣的想法。實驗的結果顯示「以火山泥做為發色劑」的釉藥會產生與「以氧化鐵為發色劑」相似的青瓷效果。所以得知火山泥是能夠取代氧化鐵做為發色劑使用,而不只做為廢棄物堆積的。

雙珠連動轉珠還-探討雙珠系統的運動過程

本實驗目的在探討雙珠系統轉動情形,我們以高速攝影機,Tracker分析軟體探討彈力串珠繩長度、彈力串珠繩數目、彈力串珠繩轉動圈數、鐵珠質量、雙鐵珠不同質量、接觸面材質等不同變因下,其開闔週期、轉動圈數、最大半徑及轉動週期間的相關性,並進一步找出雙珠系統運動原理。 由實驗結果可發現,不論是從哪一項變因探討,雙珠系統過程皆符合彈力串珠繩與鐵珠間位能與動能轉換原理。因過程中摩擦力持續作用下,轉動過程中系統總能量也會隨時間而減少。

紋蜂不動-紅腳細腰蜂飛翔懸停能力探究

本研究透過形態、野外觀察及室內實驗等方式,探討紅腳細腰蜂的翅膀構造與飛翔懸停之間的關係。研究發現紅腳細腰蜂共12段體節。前後翅從第2胸節長出。翅脈各由14及8塊三角、四邊及圓形的翅區構成。野外飛行可歸納為「抬身展翅」、「離地彈飛」、「飛行懸停」及「落地降落」四階段。飛行懸停時,翅膀夾角介於135-180度之間。會使用口器及六足叼抓物體,進行負重飛行。 實驗研究發現,當前後翅張開到180度時,翅膀與空氣接觸面積最大,其抬升的高度、速度以及下降速度等表現最佳。據此推論紅腳細腰蜂飛行時,會藉由擺動翅膀角度來控制翅膀與空氣接觸面積,達成懸停之目的。翅脈紋路會影響翅膀抬升高度、速度及下降速度,有紋路的翅膀有較佳的懸停表現。

具備感測器融合之智慧義肢

中華民國在110年3月的統計數據,神經、肌肉、骨骼之移動相關構造及其功能具有障礙之人口共計35.2萬人,他們都可能有需要義肢的需求。傳統的義肢通常具有外觀、方便性、適應性等的問題,使用上也相對吃力且僅能完成一些基本的肢體動作。在我們的研究中,針對了幾點進行設計:具有革命性的義肢功能、方便且易於使用的介面、輕量且美觀的3D列印義肢。 此研究以「上肢義肢」為出發點,做出讓殘疾人士在使用上,更有自主意識操作的智慧義肢。使用者可以在手機藍牙端收到「手指馬達訊號」、「壓力訊號」與「肌電訊號」等資訊,透過以上這些數據,使用者將可以更明確地感受到義肢就像是自己身體的一部分,讓義肢更具人性化與智慧化。

光學式震動裝置

本研究開發的多軸向光學式震動測量裝置,結合物聯網技術達到監測震動訊號並即時警示的目的,首先確認慣性單擺的光柵繞射光學特性能有效測量出震動訊號,並可在連續震動狀態下,有效且持續記錄震動訊號。其次在震動訊號分析上,以OBSPY程式輸出訊號頻譜圖,並自行開發的Python程式利用增加執行緒的模式,提升影像紀錄取樣率達到符合資料分析所需之奈奎斯特頻率(Nyquist frequency)條件,並進行運算與濾波將數據有效運用。更透過3D列印技術製作出可記錄平面震動與垂直震動訊號的微小化多軸測量裝置,將監測與紀錄震動訊號之數據,透過物聯網傳輸,儲存於雲端資料庫內,同時可即時偵測震動訊號是否超過警示數值,並透過line notify將警示訊息發送出去,達到即時監測與警報的目的。

構造、力學與能耗比較淡水螺的仰泳機制

我們發現扁捲總科的囊螺(Physella acuta)與椎實螺科的台灣椎實螺 (Lymnaea swinhoei)親緣關係稍遠,但卻擁有相似的外型並具有奇特仰泳動作,推測兩者應適應相似環境而演化出相似構造與行為模式。研究顯示,囊螺比起台灣椎實螺擁有較佳的翻身仰泳能力,其螺殼質量不均的特性使其產生比椎實螺大1.7倍的力矩助其翻身仰泳,另外囊螺氣囊有著比椎實螺更大的儲質比助其浮沉調節。漂浮方面,囊螺腹部一半浮於水面所產生的表面張力即可支撐其漂浮,而椎實螺的漂浮仍需氣囊協助,無法單靠表面張力。能量耗損上,仰泳比水中爬行擁有近百倍的節能效益,使兩種螺類皆願意承擔被掠食者發現的風險執行仰泳。未來期待以仿生概念將仰泳的運動模式延伸結合,打造出更節能省電的水中移動設施。

「圓圓」不絕─三角形內相切多等圓之探討

本研究旨在探討「直角三角形內部」、「等腰三角形內部」及「任意三角形角平分線上」的相切多等圓之不同排列情形,並找到多等圓的圓半徑公式。而在等腰三角形中,我們找出半徑與邊長、角度的關係後,接著探討該多等圓排列的最大半徑,進而探討內切多等圓在不同排列下產生最大圓半徑時,最適三角形的邊比為何,以及最適三角形頂角會滿足何種關係。最後將等腰三角形內的不同排列之半徑互相比較大小。

雙殼綱潛沙行為之物理機制探討

文蛤與西施舌為台灣西南沿海沙岸常見的潛沙型雙殼綱動物,然殼型瘦長的西施舌潛沙總深度遠大於鈍胖的文蛤,故本研究欲探討兩者殼型是否具導致行為差異之物理特性。透過觀測潛沙行為、受力特性,發現西施舌不僅單次潛沙深度較文蛤大,潛沙時的受力、耗能還小於文蛤。此外,西施舌潛沙時相比文蛤幾乎不轉動,應是受限於較大的單位質量轉動慣量。進一步以模型殼分析後,發現其受力與殼長(L)、殼寬平方(W2)和殼高平方(D2)等參數呈線性正相關,其中W、D直接影響殼體潛沙時的最大截面;L則間接影響殼體在沙面下的外殼弧形。本研究結果可解釋潛沙型雙殼綱動物以特定入沙角度潛沙之行為實具有減少潛沙阻力之物理意義,未來值得應用於鑽研工具之設計。