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第二名

心之所「向」—多個旋轉中心旋轉任意點的形心性質

從《虛數:從零開始徹底搞懂虛數 少年伽利略1》中的問題作為出發點,主要探討如何透過簡單的方式證明當給定樹的位置後,絞刑臺的位置不影響樁所形成的寶藏位置。在過程中,發現並證明了旋轉角度改變時,樁所形成的寶藏位置之移動軌跡為圓形。其中不論樹的數量和位置如何改變,皆能利用三角形全等和向量的概念證明樁的所形成的寶藏位置不受絞刑臺位置影響。後來我改變旋轉的程序,在n 棵樹的位置任意與旋轉角度任意的條件下,推得寶藏的位置形成兩個正n 邊形,可用於對寶藏位置進行加密與解密。

陸蟹回娘家-棲地環境、堤岸設施對陸蟹分布與路殺現象的影響

112年5月10日至113年6月5日,於淡水河口至忠孝橋潮上帶發現T3、T4級陸蟹共4科(18種),主要分布於社子島以下的挖仔尾、竹圍紅樹林自然保留區。 陸蟹愛棲息平坦自然土堤,堤岸設施會截斷其棲地與通路。水泥河堤減少蟹種50.0%、平均蟹洞密度4.89%、辛普森生物多樣性23.5%、夏農(H)26.2%、均勻度(E)33.6%;亂石堆砌河堤減少蟹種33.3%、平均蟹洞密度27.7%、辛普森生物多樣性27.7%、夏農(H)44.06%、均勻度(E)33.6%。人工堤岸設施減少蟹種50.0%、蟹洞密度85.1%、夏農(H)26.3%。 路殺主因是堤岸道路設在陸蟹棲地範圍,雨後與海降時,其會大量穿越道路,易被車輛、漁網等人為因素路殺。階梯式河堤可降低棲地障礙,使平均蟹洞密度增加46.0%,建議將道路與陸蟹活動路徑立體化以降低路殺。

關鍵的0.5℃

我們想從提升實驗室中長晶的效率,來製造漂亮的寶石。因此先從硫酸銅的長晶開始,將晶種移到用Arduino電路板裝設的半自動長晶儀器中,用程式去控制攪拌速度及溫度。經過多次的測試,了解長晶的各種參數,最後總結出最佳的長晶策略是:把長晶的溶液攪拌速度調低,加上每1.5小時的人工上下攪拌,從準安定區的高溫邊界57.5 ℃,每1~2小時以0.5℃階梯式的降溫方式、降到比不安定的邊界高0.5 ℃,以不斷創造最高的過飽和濃度。經過6小時,每小時長晶量越來越多,所以長晶的最後階段、每次降溫0.5℃是很關鍵的!接著我們將結晶系統改成氣泡式全自動的方式,使濃度可以自動上下左右混合均勻,因而提高了長晶量,使探索各種晶體的成長機制更有效率!

物聯網易上手微型沖板機

本研究的初衷是為了解決找不到適合的墊片為出發點,但是普通的沖床體積過大,為了解決這個問題,我們決定把它變小,並且對現在機械產業常使用的機構方式進行了資料收集和分類其優缺點,最後選擇了肘節機構,理由是肘節機構較適合一些簡單的運動傳輸,開始研究之後我們面臨到一些技術問題及專業問題,例如工件無法配合、沖頭的力量不夠、撰寫程式時出問題等等,經過老師的指導和協助,我們才能解決並學習更多專業知識,後來我們做了許多的實驗,包括沖孔測試和定位精度,且為了保證機台的穩定性,我們必須經過大量反覆的測試,才達到了理想的成果。

高壓「碳」究、「碳」為觀止─以牡蠣殼加壓溶解進行化學固碳之可行性研究

本研究旨在探討廢棄牡蠣殼(主成分CaCO3)在模擬加壓環境下與二氧化碳及水反應,進行化學固碳(CaCO3+H2O+CO2⇌Ca(HCO3)2)的可行性,並連結深海高壓環境有助於穩定碳酸氫鈣的概念。研究小組設計實驗裝置(包含固碳反應艙、二氧化碳集氣筒、未反應二氧化碳收集筒)模擬壓力,探討反應時間、牡蠣殼粉用量、初始壓力、水溶液種類、混合方式及溫度等變因,並以二氧化碳氣體體積減少量作為觀察指標。 研究結果顯示,牡蠣殼粉確實能與CO2進行化學反應,反應量顯著高於單純的CO2物理溶解。進一步實驗發現,提高壓力、降低溫度、加強混合(每5分鐘攪拌)及延長反應時間均能提升CO2總反應量。然而,在本實驗條件與時間範圍內(最長60分鐘),3克牡蠣殼粉的效果優於6克及9克,且純水效果優於海水。本研究驗證了牡蠣殼加壓固碳的可行性,並模擬深海環境來找出反應效率的關鍵因素。研究小組進一步發想深海牡蠣殼固碳系統,為此廢棄物再利用及深海固碳概念提出創意規劃。

果凍視界:看不見的頻率,看得見的「聲影」

探討果凍效應與捲簾快門間的關係及其應用,動機源自雨刷在錄影時產生變形,研究目的包括:(一)「測量LED燈閃爍頻率」,作為計算感光元件掃描速度的依據。(二)「測量不同攝影設備的掃描速度」作為後續測量的依據。(三)「探討如何運用捲簾快門測量快速變化的物體」(明暗變化、轉動、振動)(四)嘗試以捲簾快門記錄聲音振動,呈現可視化聲波形狀。研究發現不同設備的掃描速度不同,也影響變形程度,選擇合適的設備可減少影像扭曲或更適合測量不同變化速度的物體,證明捲簾快門可作為測量光源閃爍頻率、亮度變化、風扇轉速、弦樂器頻率的有效工具,也能捕捉聲音的「形狀」,拓展其於科學測量與攝影領域的應用價值。

AI無人機檢測系統在建築磁磚剝落風險評估中的應用

本研究開發了一套結合無人機、紅外線熱顯像技術與YOLO模型的建築物外牆磁磚剝落檢測系統。該系統利用無人機搭載樹莓派與紅外線雙光雲台相機,對建築外牆進行檢測,以精確辨識空鼓與水泥裸露區域。我們透過紅外線熱顯像技術識別牆面溫度異常區域,並運用YOLO模型標示裸露水泥區域,最終將標示後的圖像進行分析與疊合比較,以評估磁磚剝落風險,並生成評估報告。 此外,本系統整合了3D建模技術,以重建大樓外觀,並結合風險評估報告,直觀標記出具有磁磚剝落風險的區域,提升使用者對建築維護的理解與掌握。該系統 除了 能提高檢測的準確性與效率,還有效降低時間與人力成本,為建築維護提供可靠的數據支持。

舊桌第二春-力學探討學生舊桌結構補強與置物空間優化設計

利用自然課程力學原理,進行廢棄舊桌進行結構補強,增加桌子放置物品空間,自製剪力實驗台檢測桌子補強後結構強度,自製振動模擬器檢測桌子搖動程度,實驗結果如下: (一)現在使用新式桌子有結構上的問題:榫接太小、前櫃板未與前柱榫接,形成前側結構強度 弱點,因此桌子容易搖動,大約80%要補強。 (二)將新式桌子設計瑕疵部分進行結構補後,左右方向傾角降低88.5%,前後向降低67.5%。補強後新式桌子桌比新式新桌搖動位移小,桌子結構補強後強度更高。 (三)置物空間增加2.14倍,快速安裝高度調整器降低,將12型桌子簡化到4型。 (四)製作一副桌椅碳足跡為21.69公斤CO2。延長使用年限,降低木材使用量,對於氣候變遷與環境有正面價值。

共頂點正多邊形共線蝴蝶對稱圖形性質及幾何不變量

基於Anubhav Mishra提出的尚未被證明問題:由基準三角形OAB之兩邊OA與OB生成共頂點O兩正方形,在兩正方形中選取兩組對應點,並做交叉連線相交於N點,則AB之中點M與O、N具有三點共線之性質(此線稱為共軛對稱軸)。首先提出此原題的不同證明,再推廣至正n邊形,並找到一般化的必要條件及廣義共線性質。 研究結果發現並證明:在正n邊形共線蝴蝶對稱圖形中,存在兩稜線在共軛對稱軸鉛直方向投影長相等,及其成形的臨界角範圍;蝴蝶翅膀種類公式、衍生類別及總數量;面積與稜線長的幾何不變量;基準三角形三邊對應之共軛對稱軸共點於其重心;當n為偶數,共軛對稱軸垂直特定共軛對稱點連線段。當n趨近於∞時,共線蝴蝶對稱圖形收斂到圓內接等腰梯形。

真實量子運算中的錯誤與修復:Qiskit 的噪聲模型與錯誤更正實驗

本研究旨在探討量子計算中由噪聲引發的兩種主要錯誤:位元翻轉錯誤(Bit-flip Error)與相位翻轉錯誤(Phase-flip Error)。我們首先利用 IBM Quantum 平台,透過即時模擬與圖像化操作,建構了一套重複更正碼系統,展示量子糾纏在錯誤校正中的應用。然而,當我們將錯誤更正碼送至真實的量子電腦運算時,發現額外的噪聲干擾使得錯誤更正碼的效率受到影響。因此,我們參考了 IBM 官方網站的資料,並結合在真實量子電腦上獲得的結果,使用 Google Colab 打造了一個最接近真實情況的噪聲模型,利用錯誤參數量化、分析真實量子電腦的出錯情形。