全國中小學科展

第三名

風的整形大師~探討不同條件對微型風洞氣流穩定性的影響

風洞是重要的流體觀測設備,生活中許多物件都需要經過「風洞」研究空氣流經物體所產生的氣動效應;但風洞設備體積大又昂貴,小學生難以接觸到,因此,本研究針對微型風洞的製作條件進行探討。 本研究針對微型風洞的風速大小、整流段孔徑大小及長度、收縮段延長長度等變因,進行氣流穩定性觀測,運用水煙及紅色點狀雷射光點輔助氣流的呈現;結果顯示風速及整流段孔徑過大或過小都不利於層流的產生,整流段較長及收縮段適當長度有利於層流的穩定呈現。 研究發現使用孔徑9mm大小、長度20cm的整流段,組合收縮段延長長度10cm,搭配風速1m/s,是自製「微型風洞」較佳的組合條件,可以清楚觀測氣流在微型風洞中層流的產生,適用於中小學生對於流體的觀測應用。

水中清道夫─「龍蝨」號,啟航!

為三隻小龜創造一個乾淨永續的生存空間,激發我們隨時產生的小小創意,透過探究實作完成我們的「龍蝨號」水中清道夫它沒有高科技的AI人工智慧和酷炫的外表造型,只有單純外表和簡單機械智慧:一、利用虛實連接的可變四種齒輪比的變速裝置;二、超距力實踐的磁力傳動裝置;三、尖端接觸減少摩擦力的磁浮構造;四、雙微動開關構成的避障裝置;五、磁簧開關達成隔空啟動的實現;六、可充電鋰鐵電池續航無限;七、善用材料與物件特性,創發出簡易、快速的替換操作;八、船體不偏航的關鍵─在船體後方並列的「泵」導風罩和螺旋槳的組合─轉動方向要相同。「龍蝨號」啟航一池清爽,三隻小龜永保安康。

居家安"醛"

自製光度計作為溶液濃度大小檢量的工具效果媲美分光光度計。手機色彩APP以色碼值換算出歐式距離,找出其與濃度的關係,可作為簡易判斷濃度範圍的工具。 找出室內空汙游離甲醛的源頭,建議祭祀減香,非水性指甲油減少使用,水性乳膠漆使用較油性漆好。 將蝦殼再製成幾丁聚醣,將菜葉果皮製成環保酵素,兩者皆證實可捕捉游離甲醛,一次達成廢棄物回收再利用和捕捉甲醛二大目的。 小蘇打、幾丁聚醣、茶渣及蘋果酵素等可消除溶液中甲醛。 幾丁聚醣、蘋果酵素、蔬菜酵素、橘子酵素分別與乳膠漆混合,塗抺在牆面上,可捕捉游離甲醛;或將上述物質與輕質土混合可捕捉游離甲醛兼當裝飾品。幾丁聚醣凝膠製成濾網搭配自製空氣濾清箱可有效使室內游離甲醛濃度降低。

以電漿沉積氟化聚矽氮烷優化不鏽鋼材表面性質及其應用性之研究

不鏽鋼材(SS)表面改質與優化可提升抗蝕性,故極具應用價值,目前多使用昂貴合金或低成本的塗層方法。電漿沉積為先進塗層技術,其所發展的聚矽氮烷薄膜可提升抗蝕性,但表面疏水性限制其應用範圍。本研究以CF4電漿改質不鏽鋼材表面的聚矽氮烷,以調控表面之親、疏水性。浸泡模擬體液發現最佳化製程條件為:流率10 sccm、功率30 W、工作壓力80 mTorr之CF4電漿處理ppHMDSZ聚矽氮烷1分鐘,將薄膜改質為親水性並維持94%抗蝕性。分別在體液與海水環境,改質後薄膜仍具抗蝕性與親、疏水穩定性,且表面可抗蛋白質沾黏。本研究結果可發展為風機水下結構之抗蝕材料,此親水表面於金屬醫材應用亦具突破。

我不是蟑螂!別再嫌我髒—潮間帶奇異海蟑螂Ligia exotica之食性及生物學研究

本研究深入探討奇異海蟑螂(Ligia exotica)的生物學特徵及食性行為。從出生到成熟需經歷約18次退殼,耗時約200天。其繁殖行為極具特點:雄性找到即將退殼的雌性個體進行交疊,一旦雌性退「後段」殼,雄性便開始進行多次交尾,接著雌雄分開,雌性便會退去「前段」殼以便於抱卵,抱卵大約需20天。 此外,奇異海蟑螂並非潮間帶的清潔者,雖然單一食物情況下少量攝食腐屍,但並無有效機制能找到腐敗屍體,且在周圍有濕綠藻情況下,會以綠藻為食。此類海蟑螂通常棲息於高潮帶的潮濕岩石下,受到濕度、綠藻分布及潮水變化的影響,活動範圍隨之變化,冬季高潮帶潮濕且綠藻豐富,較少移動位置;但夏季時高潮帶綠藻乾死,會迫使海蟑螂在退潮時往中低潮帶移動。

不再DOWN的啄木鳥-探究科學玩具啄木鳥上升之因素與原理

本研究在探討啄木鳥科學玩具向上爬升的原理,並透過井字形結構,加振動喇叭的動力啄木鳥,探討懸臂長度、孔徑大小、輸入音源的振動頻率、振源位置與音源輸入振幅對啄木鳥上升速度的影響。 研究發現,啄木鳥玩具會在特定頻率下快速上升,與振動頻率是否對應到機構的自然頻率及共振效應有關。動力啄木鳥在懸臂長為300mm、孔徑10.3mm、振動頻率150Hz時,上升速度最快。振動喇叭放置位置會對啄木鳥上升速度造成影響,速度大小依序為懸臂前端>懸臂末端>懸臂中間。孔徑會影響啄木鳥的 升速度 ,而非自然頻率。音源輸入振幅需大於iPad音量10格才能使啄木鳥上升。

社會模擬模型:探討特定機制對不同族群之生存趨勢影響

本研究旨在探討人類、人工智慧在特定機制下的抉擇。研究者首先固定一場景模型,設計模型中各族群的任務與環境機制,再使用程式還原所研發的模型,並利用微分方程式去驗證代碼運行的正確性。由於研究者希望此模型能夠貼近現實社會,故發表問卷以調查民眾、人工智慧對於不同族群的選擇偏好,再將調查數據代入電腦程式,以比對人類與AI在選擇上的異同,並探討各種機制對於族群之間互動的影響,加以推論原因與發展趨勢,最後說明此模型在生活中的應用。

「鋸」我所知

我們主要研究鋸琴(伐木鋸)發聲的原理,探討演奏過程中可以用來調整的因素,如施力大小、方式、形狀...等,研究這些不同變因與發出聲音的關係;並討論使用不同引發聲音的工具(塑膠槌和弓弦)與擾動位置對聲音的影響。此外,還有對參考文獻中所描述鋸琴彎曲形狀之J形、S形與甜蜜點的定義加以分析,參考金屬薄片振盪狀態的理論及其拓樸區域模態對聲音的關係,理解演奏時鋸子彎曲形狀和甜蜜點在實驗中的角色,歸納出彈奏鋸琴時可使用的規律。

探究球鼠婦屬(Genus Armadillidium)的發聲行為及對其行為模式的影響

昆蟲常藉由聲音或振動進行溝通,但等足目間的聲音研究相對稀少,正露丸鼠婦是少數能在受刺激時捲曲並發聲的陸生等足目,本研究探討其聲音特性及對其行為的影響。經頻譜分析後發現,叫聲的頻率多集中於2kHz、12kHz與16kHz,且波形可分為急促型與規律型,研究中透過卷積神經網路進行影像辨識,建立鼠婦聚集行為與聲音頻率的關聯,在T字迷宮及J字迷宮中,正露丸鼠婦受16kHz聲音吸引大於12kHz與2kHz,與對照組有顯著差異,我們提出正露丸鼠婦其聲音的頻率高低與刺激強度有關,且會導致鼠婦產生不同行為的假說,本研究期望可透過聲音進行生態監控或害蟲防治,本研究結果可以作為生物防治策略之參考。

BRing harmony to – 以色相分析Briggs Rauscher反應

本研究以錄影方式紀錄BR反應並透過自研程式分析色相值變化以探討澱粉濃度、溫度、硫酸錳(Ⅱ) (𝑀𝑛𝑆𝑂4) 濃度與金屬配位對 Briggs-Rauscher 震盪反應的影響。查閱文獻發現反應系統中澱粉的存在影響三碘離子 (𝐼3−)與澱粉的吸附與反應 (Csepei & Bolla, 2015);而本研究發現,平均週期與澱粉濃度呈非線性關係。實驗過程發現反應時週期先抑後揚,有頻率飄移發生,推測為錳(Ⅱ)與自身放熱所致並進行實驗;將結果與文獻相比顯示,本研究觀察到的震盪模式應屬諧波成分震盪 (harmonic oscillation) (Vukojevic, Soerensen, & Hynne, 1993) 或更複雜的震盪型態。 而在分析過程中,使用FFT頻譜分析與CWT時頻分析結合VMD與HHT嘗試以時域、頻域方法找尋與量化差異;並發現使用延遲時間遷入的相空間重構可以產生顯著的圖樣做非線性化學指紋應用。