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第一名

是誰捲起千堆雪─水旋轉的奇妙現象

泡鹽水時用括勺攪拌,停止攪拌後發現整杯「霧茫茫的鹽水由下而上漸澄清,由上方看,鹽水會分三層,最外層為一白霧狀、中間澄清,而最內層又為白色《如右圖 》 ,究竟攪拌有何魔力,使鹽水有這樣的現象呢?

網絡儀作圖的探討

網絡儀( Spirograph )(如相片)的構造是使一小圓在一大圓內部,靠著齒輪囓合,沿著圓周滾動(如圖二)在小圓上((非僅圓周)一點開個小洞,用筆揮入,就可隨著小圓的滾動而描繪出許多美麗的曲線,把玩之際,我們發現這曲線有某些特有的規則性,更有其特殊的數學意義。但一般市面上所見多僅只有一個大圓配合若干個小圓,供人畫圓玩耍而已。事實上,在爾後的討論中,我們將發現,若有足夠的大小不同的大圓與小圓(即不同齒數)供我們選擇時,則網絡儀可發揮極大的作圖功用,在數學上實具有其不可忽視的價值。

我要喝多少水呢

放假日,幫媽媽整理陽台上的盆裁,可憐的葉子有點下垂的,使我想起花木是不能沒有水的。那麼它們一天到底會喝掉多少水呢?做個實驗看看,一定很有趣的。於是在老師的指導與鼓勵下做了一連串的觀察與探討。

「油」沒「油」問題-檢測油煙中懸浮微粒之濃度

油煙中的懸浮微粒小到我們看不見,且對人體危害極大,因此我們應該檢測它且避免它。現在檢測懸浮微粒的方式太過複雜且費時,有質量慣性法,利用重量的改變來檢測,檢測完後還要稱重,需要花上好幾天的時間,因此本研究利用光散射的基礎,結合麥克森干涉的方法來簡易、便宜且高精準的測量油煙中懸浮微粒的濃度。本實驗排除環境所造成的影響,且確定散射結合光干涉的方法可以量測的到懸浮微粒,利用自製紙顯微鏡觀察,確定油煙中的懸浮微粒粒徑大小。研究結果顯示,烤肉及炒菜時至少要距離60cm才能有效避免懸浮微粒;烹煮時使用的油量愈多,所產生的懸浮微粒也愈多;另外還發現一般市面上的口罩對懸浮微粒不具阻擋效率,需穿戴N95口罩才能有效避免。

從畢氏定理談起

有一次上數學課,老師告訴我們:「費馬最後猜想已經在最近一、兩年來獲得圓滿的解決:無解。」它引發了我的興趣。我想:若換個形式,是不是有解,或是出現其他情況?這個構想,使我展開了一連串的研究路程。

摩擦生熱的探討

天氣寒玲時,我們常把冷冰冰的一雙手來回摩擦,慢慢的雙手就暖和起來,如果我們拿鋸子鋸木板或用鑽子在木頭上鑽洞,然後觸摸鋸齒、鑽頭時,會覺得熱熱的,有些地方還很燙呢! 因此我們知道摩擦會生熱,可是摩擦所生的熱究竟有多少?要怎樣來測量呢?這些問題在我們的腦海裡盤旋了很久,終於在老師的指導下和同學一起開始研究。

明日的世界

假日和父母到國父紀念館、中正紀念堂、青年公園等地遊玩,當看到年紀小的孩童,吹出色彩繽紛的彩球,勾起不少甜蜜的生活回憶。當我回家情不自禁地再去泡肥皂水玩時,發現泡泡的結構中,居然有角度和空間,引起了我莫大的好奇心,在老師的指導下做了以下的實驗。

液兒液兒瓶中轉

本實驗由鋁製空心管當作轉動軸心,壓克力管當作圓柱容體,在壓克力管中加入液體,再將鋁管與壓克力管組裝及黏合固定,以鋁管作為軸心置於轉速機上,並用支架加以固定。當轉速機開始運作時,壓克力管中的液體會產生各種圖形,其中包括Basic, Pool, Turbulence, Mountain, Sharp teeth, Waterfall。本篇文章主要針對為何形成Stable Sharp Teeth,以及各項變因對於圖形的影響進行討論,變因包含壓克力管長度及直徑、轉速機轉速、液體質量比以及液體體積,並運用黏滯力、表面張力、質量守恆定律、邊界及初始條件、雷諾數、流體不穩定性、Navier-Stokes方程式進行討論,其中黏滯力、表面張力、重力及漩渦是影響Stable Sharp teeth形成的最重要因素。

「POP-UP」-立體書中三角立基的研究

本研究目在探討立體書中三角立基各種角度與高度的關係。結構角及黏貼角的組合會影響到站立角及站立高度,並進一步影響到基盤開合之間時三角立基頂點的移動角度及移動高度。一般立體書中最常見的設計為「結構角≦90°及黏貼角>90°」,本研究計算移動高度的結果建議,製作立體書的三角立基結構角要≦90°,而且結構角越趨近90°,黏貼角也趨近90°(≠90°)時具有最大「POP-UP」的跳高效果。在製作立體書中的三角立基時,如果已決定結構角與黏貼角時,可以對照圖5-4-2找到書本合起來時的頂點高度,就能計算出基背最大容許長度=10/頂點高度×(書本寬度X)。

無人載具之遠距無線搖控衛星定位控制暨自動導航

(一)因南斯拉夫對科索沃的侵略行動,使得美國與北約組織於去(一九九九)年三月中旬起,以長程巡弋飛彈轟炸南國,由於巡弋飛彈運用全球衛星定位系統 ( Global Positioning System ) ,使其準確命中攻擊目標,致使南國主要設施受創嚴重而被迫撒軍,這種非人員直接接觸式的州戰方式,將是未來戰爭形態的主流,因此衛星定位系統和巡弋飛彈自動導航技術的應用引起我探研的興趣。 (二)數年前由電視新聞看到美國航空暨太空總署( NASA )將探路者( Pathfinder )火星探測車送上火星,從事火星上生物、地質、環境等研究工作,這種由地球透過無線搖控以收集遠端資訊的技術令我嚮往。