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第52屆--民國101年

「鳳梨皮」再生-廢棄物利用之研究

「鳳梨皮」是台灣常見的農產廢料、含有鳳梨蛋白酶具抑菌效果,及尋找新生質酒精原料…等研究動機,併用「廢棄物再利用」之綠能環保概念來進行探討。發現鳳梨皮含67%汁液及27%果渣,汁液含8.6°Brix糖度、35.31mg/mL總醣、27.10 mg/mL還原糖、0.33%酸度,不需補糖直接加1%酵母菌,發酵24 hrs得6%生質酒精液;鳳梨皮渣經50℃纖維分解酵素作用36 hrs後,產生6.4°Brix、15.68 mg/mL還原糖的含糖液,發酵得2%酒精液,製備生質酒精成效與成本遠劣於鳳梨皮汁。100%鳳梨皮汁+10%渣+5%酒精(F組)肥皂具有去除高油脂、抑菌圈高出對照組6.3 mm、殺死72%細菌..等特點。添加15%果渣的高纖餅乾品評得分最高,與無添加組無顯著性差異,代表具市場潛力,故本研究為「鳳梨皮廢棄物」開創了實際應用面,提升鳳梨附加價值。

驚爆摩天輪

本文藉由動手操作撲克牌遊戲--時鐘接龍的無數經驗中,發現到遊戲中獲勝與失敗的充分必要條件在於四張K的翻出(與開始牌堆的牌數變化量有關)。接著簡化遊戲的牌堆數,發現到計算遊戲牌組所有情形的方法。並將原先時鐘面式的翻牌流程轉換為直線型位置流程圖,進而推算出遊戲結束剩餘n張牌的機率與期望值。最終推廣至不固定張數之牌堆討論。我們也驗證了在時鐘接龍中,我們所猜測的控制固定13張牌與12張牌便能獲勝的方法,並論證出要獲勝遊戲的特殊固定張數至少要12張牌。最後我們並說明了Kunth所發現的獲勝的充分必要條件為外圈12張底牌構成13點樹的情形。

水的「摩」力

生活當中,數鈔票時手指都要沾些水,似乎是因為水會增加手指與鈔票之間摩擦力;天雨路滑下雨天騎機車要特別小心謹慎,是因為水會減少輪胎與地面之間摩擦力。為了探討兩介質相互摩擦時,水的加入會增加摩擦力,還是會減少摩擦力,我們展開了一連串的實驗:一、測量刀子及其他材質與砂紙沾水前和沾水後最大靜摩擦力的狀況(線狀)。二、測量鞋底與不同界面沾水前和沾水後最大靜摩擦力的狀況(面狀)。三、測量皮革(模仿手指)與紙鈔沾水前後最大靜摩擦力的狀況。四、測量水量多寡對介質間最大靜摩擦力的影響。五、利用噴有奈米材質的界面,探究介質間加水後最大靜摩擦力變化的因素。本研究主要結果發現:一、並不是有如文獻中所說的「水的存在會減少摩擦力」。而是水在摩擦力的世界中,竟然扮演著雙重角色,某些情況下它既能降低接觸面之間的最大摩擦力,在另外一些情況中卻增加接觸面之間的最大靜摩擦力。二、我們推論:在加入少許水時,介質間最大靜摩擦力是增加的;但加入更多水量後,介質間最大靜摩擦力反而會減少,這推論在此研究中經實驗證實。三、利用奈米塗料降低水與介質之間附著力,我們證實當兩介質中加入少許水時,最大摩擦力違反減少的趨勢,反而逆勢增加之原因為:水與介質之間附著力大於水與水之間內聚力之作用。

科學「麵」

本研究主要探討影響手工麵咬勁與彈性的因素。因為查詢資料時,大家寫的材料、製作方法都不相同,而且他們都說自己的麵做出來是最好吃的,這讓我們很疑惑,所以我們想用科學的方法來測量,哪種材料配方、製作方法做出來的麵是最好吃的。研究中我們先設計「壓麵機」來控制麵皮的厚度;製作「切麵器」來固定麵條的厚度,利用「測咬勁器」與「測彈性法」來測量麵條的咬勁與彈性。然後我們再進行百人大調查,調查大家覺得哪種咬勁、彈性的麵條最好吃。再把調查到的資料,對照我們的實驗數據,決定最好的製麵方法、流程、材料配方,讓大家可以在家中DIY好吃的手工麵!

1/2秒的偏移~棒球之變化球軌跡模式的建立

本實驗用了業務用排風扇,並加上整流段,使氣流更加平穩、集中。裝上自製調速器以控制風速,並且改良出微型風速計,以測試棒球上下的氣流流速。棒球部分,則利用家裡面常會用到的圓形保鮮盒,改裝成測試架。此測試架可同時測到水平力、垂直力及阻力,不儘大大地突破過去的測試限制,更可以任意改變旋轉的角度及轉速,以及不同的旋轉軌跡。如此,幾乎所有的變化球都可以模擬出來了!也可藉此找出新種的變化球。為了測量打者揮棒時間,我們利用了電腦軟體(威力導演),將打者的打擊影片進行連續的分析,以求得球路判斷點,最後利用電腦做0.01秒為間隔的力量分段分析,使數據更加精確,更有助於棒球軌跡的完整呈現。

校園常見植物抑菌效果之探討

本實驗以31種校園植物作為材料,利用瓊脂紙錠擴散法測試對於常見細菌,包括金黃葡萄球菌、綠膿桿菌及大腸桿菌之抑菌性。結果發現麒麟花、緬梔及茄苳對於金黃葡萄球菌及抗藥性金黃葡萄球菌有抑菌效果,且植物研磨液之濃度和抑菌圈大小成正向關係。再用濾紙層析法發現麒麟花和茄苳之抑菌成份以丙酮分離效果最好,緬梔則以水分離效果最佳。不同pH條件下,緬梔和茄苳研磨液在pH2-12都有很好的抑菌效果,但麒麟花研磨液在pH10以上抑菌效果較佳。溫度對於抗菌成份的影響,發現麒麟花和茄苳研磨液煮沸3小時抑菌效果更好;緬梔在100℃即失效。本實驗所發現的抑菌成份為天然來源,不會造成環境污染,不僅符合環保原則,且對於人類之健康將有莫大之助益。

『精』『精』計較-精油自己來

本研究在將制式的蒸氣蒸餾裝置進行改良設計,改良成更具便利性、實用性及低成本的整套實驗教材。從反應器本體與冷卻系統的改良及精油收集器的自行設計組裝,經實驗所得的整套蒸氣蒸餾裝置,是以可輕易購得的材料利用簡單的裁切、接合等操作即可完成,不僅可以用於中小學的相關化學實驗課程,讓學生親自動手自製精油,從做中去享受實驗的成就感,從實驗中去學習到科學的知識,完全達到實驗教學的精神。藉由多種植物精油的提取實驗匯整的資料可提供教師教學上的輔助工具。利用本研究的裝置所得的精油在成本上的支出並沒有比市售精油高,而且成分完全天然,因此,本研究設計開發的裝置非常適合推廣到所有人都可在家組裝享受DIY及自製精油的樂趣,並能有親子寓教於樂之效。

不讓你睡~睡眠運動植物適應時差變化節奏之研究

一天中,酢醬草葉片開展時間比含羞草長,清晨與傍晚,葉片開閉狀況也不同。兩者均能配合12hr光週期穩定調整生物時鐘節奏;6hr光週期,酢醬草調適生物時鐘的能力較弱(與3hr、1hr光週期相似),含羞草對光線敏感度高,能隨即配合光週期而調整。在恆亮、恆暗及亮暗交替環境,酢醬草與含羞草仍啟動睡眠運動,平均週期接近24hr,推論二種植物的生物時鐘機制影響睡眠運動的能力比光線的影響強。 18天的12hr光週期中,調整二次12hr較長時差,酢醬草分別需2天和1天調整生物時鐘節奏配合新的光週期;含羞草在第一次時差後無調適期,第二次須調適5天。相較之下,18天內調整二次6hr較短時差,酢醬草的生物時鐘節奏無調適期;含羞草的生物時鐘分別需要調適3天和1天。

「石蓮食美」~抗氧化狠ㄍㄡˋ力

石蓮花易繁殖栽培,具高抗氧化力。實驗發現其抗氧化力會隨成熟度的增加而降低。採摘時間在10時前、儲藏以低溫4天內,其抗氧化力高。100℃持續加熱至20分鐘,抗氧化力不受影響,顯示其耐熱性好,是值得推廣研發的食材。以石蓮花溶液(水:石蓮花汁=1:1)取代清水沖泡奶粉或豆漿粉,加入乳酸菌粉(可用養樂多或優酪乳取代),不加糖,靜置室溫發酵約2天,即成高抗氧化力且無澀味的石蓮花優格。石蓮花經發酵後抗氧化力會提高,且隨發酵時間的增加而增加。應用石蓮花可去除食品殘留的過氧化氫:取豆干、麵腸約30克加水200㏄,加入石蓮花20克(約4片)浸泡1小時或煮沸2分鐘。應用石蓮花可製造氧氣:過氧化氫加入石蓮花,會加速分解而產生氧氣。

旋轉硬幣的機率

投擲一枚一般的硬幣會出現正面與反面,但若給予的硬幣之厚度,足以使硬幣著地後在不彈跳的情況下能夠站立(即出現側面),我們取正面的法向量N與硬幣質心O到著地點P的向量OP,透過數學的方法來決定正面、反面與側面出現的機率,並討論出正面、反面與側面出現的機率與初速度、初角速度、硬幣形狀的關係。