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第一名

浮踪浪跡---簡易水流流場監測模組的建立與探討

本研究透過JY61P六軸加速度陀螺儀與ESP-32S控制板,製作出球形水流流場監測模組。先以沙崙海水浴場的海岸立體模型進行實驗,藉由Unity 3D軟體與C#程式編寫繪製出路徑圖,擬合出研究水域的水流狀況。由實驗得知沙崙海水浴場海岸立體模型的鳥喙處水流會朝岸邊繞行;而海岸線中間與南側岬角的水流皆沿著海岸線向鳥喙處移動,與參考文獻之研究結果吻合,確認本研究所設計的簡易水流流場監測模組可行性與準確性。 由本研究建立出的水流流場監測模組系統,在青山瀑布水流流場監測實驗中發現在瀑布水潭中,不同的深度會有不同的水流差異產生;且在不同位置可能會有斷層式的地形高低變化,因此在未知水域活動時,應注意水域環境狀況以確保自身安全。

尋找迷失的立體羊-解構六角星拼圖之研究

「六角星拼圖摺紙遊戲」是一個將平面的六角星拼圖摺成一個正四面體,且使其中的三面連接起來是一隻完整羊的摺紙遊戲。本研究以能摺出正四面體的23個圖格組合模組為基底,以展開圖作為平面圖形到立體形體的媒介,成功解構六角星拼圖圖格的選取與摺法。除了得出解謎密技外,也證明了謎底圖格與摺法的唯一性。此外,應用解構六角星拼圖所得之定理,將研究擴展至設計多隻羊拼圖以及摺出正八面體的多角星拼圖探討,並將之應用在創意園遊會闖關活動上。 (本作品之所有照片或圖片均由作者拍攝或繪製)

“魔法隱身與穿牆術”-全反射與光穿隧效應

自然課學過反射、折射和稜鏡色散,於是利用壓克力和不同液體來探討全反射和光穿隧現象,發現降低表面粗糙度能減少散射,以利觀察雷射光路徑;而紅光和紫光的折射角差值可作為色散的簡易指標。此外,液體溫度、濃度及相變化也會影響臨界角;結合不同臨界角可達成「魔法隱身」;結合不同全反射,則可應用於液體高度警示。 同時也探討全反射在介面形成的漸逝波(Ref.[1]),利用液體填入介質空氣縫來降低折射率落差,或是將空氣縫隙減小到幾微米以下,都能讓漸逝波穿越空氣縫來實現「魔法穿牆」,此現象稱作光穿隧(optical tunneling)效應(Ref.[1]),或受抑全反射(frustrated total internal reflection) (Ref.[2]),未來可應用在精密測量領域。

擺撞協奏曲:相位完美節奏—Lato Lato運動機制之研究

本研究探討Lato-Lato與物理機制相關的系統:在一根繩子的兩端各懸掛一顆球,並將繩子的中點固定在一個能夠垂直振動的支點上。當支點以一定的頻率和振幅進行振動時,系統最初表現為規律的單擺運動,但隨著振動條件的改變,球體間逐漸發生碰撞,並開始出現能量累積現象,導致整個擺動幅度顯著增大。本研究從直觀的實驗觀察和嚴謹的數據分析兩個角度入手,通過設計精密的實驗裝置和採集詳細的運動數據,深入探討這一現象背後的機理。我們著重研究了碰撞過程中能量與動量的轉換,以及振動頻率、振幅、繩長與球重等參數如何影響系統的運動狀態。最終,我們提出了調整支點振動相位以實現最佳能量傳遞效率的方案,為未來相關工程應用提供一些新的思路與參考。

豬血灰生物膠黏劑在廟宇壁畫修復中的性能探討

本研究探討傳統廟宇彩繪用之「豬血灰」膠黏劑之性能,透過調製不同配比的豬血、石灰/蚵灰、熟桐油,分析其力學、黏度、透水性與老化色差等性能。創新之處為加入豆腐、蚵灰、立德粉與石膏粉製成可保存之粉狀豬血灰,並應用於實地廟宇壁畫修復。結果顯示,豬血與石灰體積比1:1、豬血灰與熟桐油比3:1最具黏著力與抗龜裂性,且環保配方具實用性與儲存性,可作為文化修復之綠色材料。

有趣的同心三角形

本研究從著名的歐拉三角形公式出發,我們將圓內接同內心三角形,推廣至圓內接同重心三角形和圓內接同垂心三角形。有關同重心與同垂心三角形的存在性與作圖範圍,我們巧妙利用原三角形的九點圓來進行刻劃!再將研究項目放在同心三角形的邊的包絡線,我們先給出其焦點,再用純幾何方式來證明銳角三角形時,其包絡線為橢圓;鈍角三角形時,包絡線為雙曲線;直角三角形時,則是退化為垂心與外心。值得一提的是,本研究進一步整合同內心、同垂心、同重心三角形,發現面積成等比之關聯性。最後考慮將圓內接改成圓外切的同心三角形,這個難度提升很多,我們成功利用奈格爾線來處理這個研究項目,它顯著不同於圓內接同重心三角形。

「岩」下之意~古生物化石訴說的家鄉往昔

為深入了解家鄉的地質歷史與古生物遺跡,本研究聚焦於新北市外挖子山(位於安坑與南勢角交界處)之大寮層沉積岩。參考南勢角地質圖幅,確認該區屬中新世(約2,000萬年前)地層,並自露頭處收集岩石樣本進行實地觀察與手工磨製岩石薄片、自製洗選設備洗選岩石進行分析。研究結果發現包括有孔蟲與角管蟲(Ditrupa)在內的多種典型海洋實體化石及生痕化石。此一發現證實該區在地質過去為海洋環境,甚至可能為高生產力的淺海海域。透過化石組成與分佈之觀察,可進一步探討該地層之年代特徵與沉積環境,對了解本地區的古環境變遷具有重要參考價值。

單手操作無障礙—鍵盤與滑鼠的整合設計研究

本研究旨在解決肢體障礙或單手使用者在操作電腦時所面臨的不便,設計一款融合鍵盤與滑鼠功能的單手操作裝置。透過自製PCB電路板、客製化鍵帽與鍵軸配置、3D列印人體工學外殼,以及整合滑鼠感測器與QMK韌體技術,實現單手即可同時完成鍵入與游標控制的操作方式。我們的實驗結果顯示,單手使用時相較於傳統鍵鼠組合,本裝置能大幅減少手腕移動的距離與次數,有效提升使用效率並降低疲勞感。產品設計不僅針對身障者,也適用於特定單手使用情境,具備良好的通用性與實用價值。未來將持續優化硬體與軟體,期望推廣至更廣泛的使用族群,實踐科技輔具的社會意義。

多邊共舞,四方連心

本研究探討在正n邊形及圓內接多邊形構形中,若已知外圍三角形面積,是否可反推原構形的邊長與面積。研究建立一套幾何與代數互相轉換的流程,透過面積比例推導遞迴數列,進而構建高次方程,並提出新符號 𝑇𝑃𝑄 及 𝑈𝑛𝑞𝑝 表示不相鄰乘積和,以簡化代數結構。進一步運用數學歸納 法 與極值邏輯,成功證明:當高次方程 式 具有正實根時,其最大正實根必定對應唯一的 多邊形 限定構形;反之,若多邊形限定構形存在,也可唯一對應於高次方程式之最大正實根。此研究不僅提供幾何反推的系統化解法,也為代數方程的幾何詮釋建立明確模型,具備理論價值與推廣潛力。

銅銀奈米粒子形態控制與抑菌性研究

本研究探討銅銀奈米粒子的形態控制與抑菌性能。硼氫化鈉、寒天 Agar 及植物萃取液法,合成銅銀奈米粒子,TEM 分析粒徑大小和分散性,使用高效液相層析法(HPLC)檢測萃取液中的反應物質。結果顯示,銅奈米粒子在植物萃取液中穩定性較高,粒徑更小,具明顯廷得耳效應。銀奈米粒子因反應物濃度過高和穩定劑不足,容易聚集粒徑較大。奈米銅對大腸桿菌(E. coli)有顯著抑菌效果,而奈米銀抗菌性受粒徑影響較大。通過尖端放電,電擊處理過的奈米銀粒子,粒子數增加粒徑也明顯降低,使銀奈米粒子抑菌能力進一步提升。本研究為銅銀奈米粒子在抗菌應用領域提供了基礎,採用綠色化學製程所合成的奈米粒子,未來可透過合成條件的優化來進一步提升其性能。